量子纠缠态的制备及其性质的理论研究
纠缠反映的是一个多体量子系统中各子系统之间所存在的非局域的量子关联，它是量子力学有别于经典力学的基本概念。近年来有关连续变量纠缠态的制备及其在量子信息处理中的应用是量子光学和量子信息科学的前沿研究领域。这不仅是因为对于连续变量纠缠态性质的研究可以用于验证量子力学的基本原理，而且还由于连续变量纠缠态是量子信息处理的基本资源，因此如何制备连续变量纠缠态受到人们的广泛关注。另一方面，由于体系与周围的环境的相互作用而导致的退相干的影响，使得所制备的纠缠态十分脆弱而难于保存。因此，基于现有的实验条件和技术，如何制备出抗环境干扰能力强、稳定的、高纠缠度的纠缠源是人们感兴趣的问题之一。
我们研究了与压缩真空库耦合的光腔中量子点中激子间的纠缠。首先，我们讨论与单模压缩库耦合的单模腔中单个量子点中激子和腔场模的性质。分析发现，由于激子和腔场间的线性耦合，使得二者形成量子态交换，这样腔场将其压缩传递给激子模，从而使得初态为真空的激子模形成压缩;由于输入非经典的压缩光，线性耦合的激子和腔场可以形成纠缠，且纠缠的性质依赖于输入压缩场的性质。以此为基础，我们分别讨论了与双模压缩真空库耦合的两单模腔中两量子点中激子间的纠缠，以及与单模压缩真空库耦合的单模腔中多量子点中激子间的纠缠行为。
分析发现，在不考虑系统衰减的情况下，激子间的纠缠性质依赖于腔场初始所处于的压缩真空态;在考虑系统衰减的情况下，激子间稳态的纠缠只依赖于外加压缩库的压缩性质。这里，我们解析证明了对于线性混合系统，非经典性的输入是系统间形成纠缠的必要条件。接下来我们讨论了利用非线性光学过程产生高纠缠度的明亮纠缠光。首先讨论利用级联三能级原子关联发射激光来制备高强度的纠缠光。
分析发现，当系统工作在阈值以上时，在短时区域内能够产生光强较大的纠缠光场;在强激光驱动场条件下，系统等效于非简并的光学参量下转换，腔中的最大的双模压缩只能到达真空涨落的 50%，并且腔场处于混合的纠缠态。基于此事实，我们研究了通过量子反馈来提高非简并光学参量下转换在腔中产生的纠缠以及纠缠态的纯度。分析发现，对于非锁相的非简并参量下转换，反馈可以使腔场处于纯的最大纠缠态;而在锁相的情况下，反馈可以有效的提高腔场的纠缠，双模压缩以及腔场态的纯度。我们也讨论了利用光腔中Kerr非线性耦合器来制备三模完全不可分的高强度的纠缠光。通过对系统线性化处理，发现此系统可以产生高强度的纠缠光。
最后我们研究了利用光腔中囚禁的二能级离子来相干制备纠缠光源。首先讨论在激光场与原子共振跃迁频率大失谐的情况下，通过绝热消除离子激发态，得到了两腔场模与声子模分别形成类似非简并参量下转换过程和线性混合过程。分析发现，即使在考虑腔场的衰减和声子模加热的情况下，光腔的输出场在中心频率总存在纠缠。接下来我们研究了在非大失谐的条件，离子辐射场的纠缠特性。这里，除了包括前面的声子模和光场模间的相互作用过程外，我们主要引入了两光场模直接的双光子过程。通过分析发现，此双光子过程可以提高光场的纠缠。