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压缩态，一个润物细无声的量子光学杰作: 热度 4 bxsu 2019-10-21 16:13; 一，什么是量子光学？量子光学是光的全量子理论，它的一个特点是全部用相应的产生和湮灭算符表现光和电子。相比量子电动力学，它更多注重光本身的非经典特性。光的压缩态，光的量子纠缠等都是他的应用。二，什么是压缩态？压缩态也叫压缩相干态。顾名思义，是对相干态噪声的压缩。其应用技术可对激光的量子噪声或涨落进行大幅压缩，对光学通讯，精密测量，量子计算等多方面用重要价值。 1970年 D. Stoler 从纯量子力学理论出发，提出压缩相干态，可使得激光的一个量子涨落压缩（就是减小）的比传统激光更小。1980 年代由于非线性光学和激光技术的发展，压缩态激光得以实现和迅速发展，到80 年代末，可最高压缩80%之多。随后逐渐应用到各种精密测量通讯中。最近几年在引力波测量中再显身手。此外，由此理论衍生的纠缠态光子技术，已成为量子加密和量子计算的重要基础。三，基本原理压缩态的发现完全是量子力学基础理论的产物。可以说每个学过量子力学的人，面对众所周知的不确定性关系， $$ΔX1^2ΔX2^2≥ 1/4$$ （其中，X1与X2 满足对易关系 =i 的正交相位厄米算符）都会发现这里有个等号，显然，等号表明右边的数值就是两个涨落乘积的最小值。你可能会问这样一个问题，这里的等号什么时候成立呢？对这个问题探究，就可发现压缩态理论。D. Stoler 最早研究了这个问题，并找到压缩算符$Exp(ξa^{+2}-ξ^*a^2)$ 。他把使得取等号的量子态，叫作最小测不准态。激光处于的相干态 |α 就是其的一类。计算表明相干态的两个正交分量的涨落相等，该涨落被称为标准量子极限（SQL），相干态也因此称为等值最小测不准态。然而，理论计算表明，还存在可使两个分量涨落不同的最小测不准态，它的一分量涨落会小于相干态的标准量子极限，所以叫做压缩态 |α,ξ (压缩参数ξ = r exp(iθ))。处于压缩态的激光，其一个分量的涨落或噪声被压缩到普通相干态激光的分量噪声之下。附图(图中各种变换下椭圆面积不变，它对应不确定关系中=号右面的数值)：四，激光的压缩的实现压缩态从纯量子理论出，求出压缩算符，变换为哈密顿量，再和经典非线性光学理论比较，得出实现激光压缩途径为兼并参量下转换和四波混频等。最后实验室实现，效果和理论预测相符。注意到，从理论到实验整个过程，没有其它模型引入，也没有引入除压缩参数以外的额外参数，当然，其理论和实验结果也没有什么争议。可以说，压缩态算是量子光学一个比较完美的应用。然而，就这样一个顺利的理论从提出到应用，也经历了差不多30～40年左右。五，压缩激光产生的微观机理由压缩算符推出的哈密顿量出现$a^2 $ 项，可看出压缩态的产生是由于在一个光学过程中发生同时产生或湮灭两个低频光子的现象。六，应用扩展 1 纠缠光产生。人们发现不仅兼并参量下转换能产生压缩光，某些非简并下转换也可以产多模压缩。而且，可以用光学方法把产生的两种下转换光分离出两束，就是纠缠光。以后，如有时间，将发一个有关纠缠光产生的实验和有些烧脑的现象科普文章。 2 粒子数相位压缩 1957 年狄拉克提出相位算符ψ, 有 =i 进而有相应不确定性关系（后来，人们发现这个关系有问题，用正弦和余弦算符取代之，这里做定性讨论暂用）。对此，同样可以实现压缩。现在实验早已实现。这个关系似乎提示我们，量子态的粒子性和波动性比例可在此调节，比如，通过实验改变压缩参数，使粒子数涨落减小，从而粒子性增强，波动性减弱，反之亦然。需要说明的是这些压缩理论对波色子有效，对费米子不成立。水平所限，如有谬误之处，请各位老师斧正。 D.Stoler, Phys. Rev. A131, 2766（1970） D.F.Walls, Nature 396, 141(1983) Y.Yamamoto et al. Rev. Mod. Phys. 56, 1001(1986) 郭光灿. 量子光学. 高等教育出版社, 1990; 11105 次阅读|20 个评论

关于非经典光场产生的物理机制的一点探讨: baiduyangwenhai 2017-4-27 16:50; 在实验上已经可以制备很高的压缩光态场，2016年德国的最新实验结果报道制备得到了15dB的1064nm真空态压缩光，是目前世界范围内最高记录，山西大学光电所在2017年元月取得的最高记录是12.6dB的1064nm真空压缩。以目前的水平已可以基本满足下一步压缩态光场在引力波及其他精密测量领域的应用。但是压缩产生的物理机制好像还没怎么弄清楚。我们知道激光原理上面讲激光产生的原理时说集居数反转，受激辐射，说的是能级跃迁发射出光子，这些光子又相互诱导激发，经过谐振腔的放大产生了激光。我个人的观点认为压缩态光场制备用的参两下转换作用和激光产生的原理十分相似，可以归为一类解释。我请教过所里相关老师，，他们也不能说明白其中的物理机制和原理。这个问题就一直困扰，在这里讲出来，看看我们科学网有没有人对此有独到见解，来一起分享一下。; 1699 次阅读|0 个评论

《从相干态到压缩态》范洪义: ustcpress 2012-3-20 15:22; 出版日期：2012年4月出版社：中国科学技术大学出版社书号（ISBN）： 978-7-312-02802-1 正文页码：308页（16开）字数：345千定价：35.00元编辑邮箱： edit@ustc.edu.cn （欢迎来索要目录、样章的PDF）【内容简介】相干态与压缩态是量子论中的两个重要概念 . 本书用作者自己发明的有序算符内的积分 (IWOP) 技术以崭新的视角系统地阐述了与量子力学相干态有关的理论，并自然地过渡到压缩态；不但建立了多种有物理背景的广义相干态和形形色色的压缩态，讨论了其物理性质及应用，而且用量子纠缠的思想发展了纠缠相干态和多模压缩态 . 作者还另辟蹊径地讨论了相干态、压缩态和混沌光场的退相干 . 对于一些传统的基本课题，作者也以新观点和新方法作了分析 . 本书可供高等院校物理学专业和光学专业的本科生和相关专业的研究生阅读，也可供从事量子光学以及基础物理研究和应用的科研人员参考与借鉴 . 【图书特色】相干态与压缩态是量子力学和量子光学中的两个重要概念。本书用作者自己发明的有序算符内的积分技术以崭新的视角系统地阐述与相干态有关的理论，并自然地过渡到压缩态。不但建立了多种有物理背景的广义相干态和形形式式的压缩态，讨论了其物理性质及应用，而且用量子纠缠的思想发展纠缠相干态和多模压缩态。可谓观点新颖，创建独到，可成“一家之言”。【第一作者简介】范洪义，理论物理学家， 1947 年生，浙江鄞县人。我国首批 18 名博士之一。他另辟蹊径发展了量子力学创始人之一 Dirac 的符号法，使得牛顿 - 莱布尼兹积分扩展到对 Dirac 符号所组成的投影算符积分的新领域，别开生面地促进了量子力学表象与变换论的发展，尤其是他建立的连续变量纠缠态表象有广泛的物理应用。范洪义的系列成果有长远的科学价值及普及教学的意义。; 个人分类: 物理图书|5138 次阅读|0 个评论

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