经由条件测量制备光量子态及量子通信网络研究

论文摘要

近二十年,量子光学系统已经成为研究和实验实现量子通信、量子计算和量子信息处理的重要物理基础。量子力学基本原理,即量子叠加原理和海森堡测不准原理,导致某些量子体系的态矢量不能因式分解为各子系统态矢量的直积,从而导致了在物理上完全不可区分量子态的存在。这些量子力学不可分态,被称为纠缠态,具有非定域量子关联的特性。量子纠缠为发展量子信息科学提供了真实的物理资源。光量子态可以作为信息的载体,也易于通过量子光学方法完成量子态操控,实现信息处理。光学量子态工程就是通过物理手段,完成光量子态的制备,变换和操控。本论文在诸论(第一章)之后,首先对量子信息科学的物理基础,量子力学和量子光学的基本原理作了概述(第二章);在第三章中,提出了一种利用两模压缩态,经由条件测量制备行波单光子态和零光子与单光子叠加态的物理方法;第四章讨论了利用光场压缩态,经由线性光学变换,制备连续变量多组份纠缠态的实验系统,给出了证明多组份纠缠的实验可探测判据,并介绍了几种连续变量量子通信网络;第五章是总结与展望。其中有所创新的工作如下:1、从理论上证明,双模压缩真空态经由条件测量,可以演化为一个单光子态及一个单光子态与真空态的量子叠加态。2、以非简并光学参量放大器为基本器件,设计了可以完成上述量子态演化的实验系统。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 量子信息的主要研究内容
• 1.3 论文研究内容概述
• 第二章 量子信息科学的物理基础
• 2.1 引言
• 2.2 光场量子化
• 2.2.1 在谐振腔中电磁场按简振模展开
• 2.2.2 在自由空间中电磁场按行波模展开
• 2.3 非经典光场态的定义及非经典性
• 2.3.1 相干态
• 2.3.2 单模相干态
• 2.3.3 相干态的性质
• 2.3.4 相干态光场
• 2.3.5 相干态的产生
• 2.3.6 压缩态
• 2.3.7 纠缠态
• 第三章 经由条件测量制备光量子态
• 3.1 引言
• 3.2 被动式量子态工程
• 3.2.1 自发参量下转换
• 3.2.2 光学参量振荡腔
• 3.3 主动式量子态工程
• 3.4 双模压缩态经由条件测量实现主动式量子态工程
• 3.5 结论
• 第四章 连续变量多组份纠缠态的制备及应用
• 4.1 连续变量多组份纠缠态
• 4.2 多组分连续变量纠缠态的产生
• 4.3 利用连续变量三组分纠缠实现受控密集编码量子通信
• 4.4 量子态密钥共享
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 博士期间已发表的期刊论文
• 致谢
• 个人简历及联系方式