论文摘要
量子信息是近二十年来量子物理和信息科学等交叉发展起来的新学科,因其固有的量子非局域和态叠加特性等所决定的信息处理的安全性和高效性等优势,具有经典信息学所无法比拟的优势和前景,近年来得到了广泛的关注和发展。量子通信是量子信息学中发展最快的一个重要方向,量子通信技术可望大幅度提高信息传输的安全性、信息传输通道容量和效率等,是未来信息技术发展的重要战略性方向。由于弱相干光源安全性上存在缺陷和光纤量子信道实现百公里以上的量子通信非常困难,基于纠缠源的自由空间量子通信成为了一个新的研究热点。基于纠缠源的自由空间量子通道具有高稳定性,低损耗,对于极化编码量子比特有极低的消相干性等优点,是国际上公认实现全球量子通信最切实可行的选择。本论文主要内容是针对远程量子通信中需要克服的关键性问题进行研究和探索,报道了本人参与和负责完成的一系列远程量子通信的实验实现。利用我们制备出的达到国际先进水平的高亮度极化纠缠光子源,我们在北京八大岭长城地区实验实现了长达16公里的最远距离的自由空间量子隐形传态实验；我们在合肥市郊实现了长于13公里的远程自由空间量子纠缠分发和量子密钥通信,国际上首次明确验证了基于卫星平台实现纠缠光子分发的可行性；实验实现了将两个独立单光子非局域地纠缠起来；实验演示了基于消相干自由子空间的无共享参考系量子通信：提出并实验演示了仅仅用单光子时间标记辅助的量子信息无错传输,展示了量子信息极化编码在光纤中进行远程无错传输的可行性和优越性；我们在实验中发展起来的技术将在未来的远程量子密码,量子信息传输,量子力学基础检验等重要科学问题的研究中起到重要作用。