《量子電子學報》 2020年第六期封面文章:
WANG Gang, REN Changliang. Research on light source in new quantum radar [J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2020, 37(6): 659-668.
隨著量子技術(shù)的發(fā)展,物理學家提出了基于量子度量下的量子雷達方案,為進一步探索增強目標探測能力提供了更廣闊的前景。然而,以往的量子雷達方案,包括量子照明方案等,都只是在測距方面能夠體現(xiàn)量子增強的優(yōu)勢,而不能夠在目標定位的精度方面體現(xiàn)量子度量優(yōu)勢。
近期科研人員提出了一種新的量子雷達方案,它可以不需要目標合作的情形下更精確的測量物體的距離及其位置,從而實現(xiàn)3維量子增強的目標定位。該方案利用頻率和橫向動量正相關(guān)的最大糾纏態(tài), 在該方案中當光子照射到物體上時,若要提高測量精度,如距離,那就需要所有光子返回的時間之和具有很小的不確定度,即時間自由度是反相關(guān)的,對應(yīng)于其共軛頻率自由度需要所有的光子頻率是相等的,即頻率正相關(guān)。若需要提高對位置測量的精度,就需要位置具有很小的不確定度,即位置反相關(guān),對應(yīng)所需橫向動量正相關(guān)。當利用N個處于糾纏態(tài)的光子的所有空間自由度來實現(xiàn)定位的不確定性,對于每個空間方向,其不確定性比N個獨立光子或相同平均強度的經(jīng)典光所能實現(xiàn)的不確定性小倍。
新型量子雷達方案中的光源在頻率和動量上都是正相關(guān)的,在此基礎(chǔ)上討論制備頻率和動量都正相關(guān)的糾纏光子源。通過寬頻脈沖光抽運,選擇適當?shù)姆蔷€性晶體可以得到頻率正相關(guān)的糾纏雙光子態(tài);通過強聚焦抽運光也可以實現(xiàn)橫向動量正相關(guān)的糾纏雙光子態(tài)。在此基礎(chǔ)上運用強聚焦寬頻脈沖光抽運適當長度的非線性晶體,在頻率簡并利用準相位匹配技術(shù)的情況下,獲得頻率和橫向動量都正相關(guān)的雙光子糾纏態(tài),可以作為新型量子雷達的光源,更加精確的獲取目標信息。數(shù)值模擬結(jié)果表明,利用強聚焦下的脈沖抽運光,通過自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程,可以制備頻率和動量都正相關(guān)的糾纏光子源。
圖1.糾纏光子源關(guān)于頻率的圖像
圖2.糾纏光子源關(guān)于動量的圖像
課題組介紹:
任昌亮課題組量子測量和量子關(guān)聯(lián)及其應(yīng)用的相關(guān)研究,主要研究內(nèi)容包括:量子測量極限及方案的設(shè)計,弱測量理論的實驗方案以及其在量子信息中的應(yīng)用,多粒子體系密度矩陣的表征測量,單光子及糾纏態(tài)量子測量方案等,在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表論文40 多篇,發(fā)明專利授權(quán)一項,包括物理學主流權(quán)威期刊論文35 篇,第一作者或通訊作者30 余篇,其中在Physical Review Letters、Photonics research、Physical Review Applied、Physical Review A、Applied physics letters 等高水平物理雜志發(fā)表20 多篇。