利用圆形截面波导阵列中的倍频效应产生连续变量纠缠态开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

近年来，随着量子信息科学的飞速发展，作为其基石的量子纠缠态的制备与操控成为了该领域的研究热点。

在众多量子态中，连续变量纠缠态因其制备相对简单、易于操控等优点，在量子计算、量子通信和量子精密测量等领域展现出巨大的应用潜力。

本选题旨在利用圆形截面波导阵列中的倍频效应，探索一种产生连续变量纠缠态的新方法。

2. 本选题国内外研究状况综述

连续变量纠缠态的制备是量子信息领域的关键课题，近年来取得了长足的进步。

传统的制备方法主要依赖于非线性晶体中的参量下转换或参量放大过程。

近年来，随着微纳加工技术的进步，基于集成光学芯片的连续变量纠缠态光源逐渐成为研究热点。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本选题将从理论和实验两方面展开研究，主要内容包括以下几个方面：1.圆形截面波导阵列的模式分析和倍频效应理论研究：利用耦合模理论，分析圆形截面波导阵列中基模和倍频模式的色散关系、耦合系数等关键参数，建立倍频过程的理论模型。

2.连续变量纠缠态的产生和表征：基于倍频过程中的自发参量下转换效应，研究圆形截面波导阵列中连续变量纠缠态的产生条件和纠缠特性，并提出相应的实验方案。

3.波导阵列结构的设计与优化：利用数值模拟方法，对波导阵列的结构参数进行优化设计，提高倍频效率和纠缠度，并分析材料色散、波导损耗等因素对系统性能的影响。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法。

1.理论分析阶段：首先，利用麦克斯韦方程组和边界条件，推导圆形截面波导中基模和倍频模式的传播常数和电场分布。

其次，基于耦合模理论，建立波导阵列中倍频过程的数学模型，分析相位匹配条件、倍频效率和纠缠特性等关键参数。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于将圆形截面波导阵列应用于连续变量纠缠态的产生，探索了一种基于倍频效应的新方法。

具体体现在以下几个方面：1.利用圆形截面波导阵列实现倍频效应，相较于传统的非线性晶体，波导结构具有更高的非线性光学系数和更长的相互作用长度，能够实现更高的倍频效率。

2.圆形截面波导具有良好的偏振保持特性，有利于产生偏振纠缠态，为量子通信和量子信息处理提供更丰富的资源。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 王义勋,黄凯,王慧,等.基于级联二阶非线性的连续变量多组份纠缠产生方案[j].物理学报,2021,70(20):204202.

[2] 孙方稳,吴俊,张靖.基于周期极化铌酸锂波导的连续变量量子光源研究[j].物理,2022,51(05):293-302.

[3] 乔鹏,吴俊,张靖.片上集成连续变量量子光源研究进展[j].物理学报,2022,71(06):064205.