基于四组份连续变量TTPC纠缠态的量子通讯网络设计

论文摘要

关于量子通信中噪声通道的经典信道容量的研究,一直以来就是量子信息理论的一个重要方面。目前已经证实,在通信过程中引入纠缠光束可以大大增加信道容量,提高信息传输效率,这种情况下的信道容量称之为纠缠辅助的经典信道容量。通过将多组份纠缠态和受控量子密集编码同时应用到量子通信网络中,我们可以实现各种不同的量子通信网络结构,每种网络中,信道容量均高于经典信道容量的极限。我们提出了两种基于连续变量量子密集编码的四站量子通讯网络模型。由于采用了四组份TTPC态作为信息载体,任意两站之间的信息传输均受到其余一站或两站制约,从而可构建多站点受控密集编码量子通信网络。TTPC态属于非等权重Graph态,利用这一特性我们设计了单站点控制和两站点控制两类网络结构,并分别计算了相邻站点和对角线站点间信息传输的信道容量。在两站点控制的网络结构中,我们采用电子学反馈的方法将两控制者的信息发送给接收者,以便于接收者提取所传递的信息。然而,单站点控制的网络结构中,控制者通过将其所有的纠缠态子模光束直接与接收者所持有的子模直接进行光学耦合的方法来帮助接收方提取信息。计算结果表明,虽然相邻站点和对角线站点间信息传输的信道容量有所不同,但均突破了经典光通信的散粒噪声极限。网络所需的四组份纠缠态可离线（off-line）制备,在线通讯操作仅依靠线性光学元件完成,利于实际应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 量子纠缠的基本概念
• 1.2.1 量子纠缠
• 1.2.2 分离变量量子纠缠
• 1.2.3 连续变量量子纠缠
• 1.2.4 连续变量多组份纠缠态
• 1.3 量子信息系统简介
• 1.3.1 量子离物传态
• 1.3.2 量子保密通信
• 1.3.3 量子密集编码
• 1.3.4 量子计算
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 明亮纠缠态光场的产生
• 2.1 利用参量放大过程产生明亮EPR纠缠态光场
• 2.1.1 非简并光学参量放大器
• 2.1.2 频率及相位锁定
• 2.1.3 实验步骤
• 2.1.4 实验结果
• 2.2 经由线性光学变换产生连续变量Cluster纠缠态
• 2.2.1 连续变量Cluster态简介
• 2.2.2 连续变量四组份线性Cluster态的制备
• 2.3 光场正交分量量子起伏的平衡零拍及自零拍探测
• 2.3.1 平衡零拍探测系统
• 2.3.2 Bell态联合测量系统
• 2.3.3 自零拍探测系统
• 2.4 小结
• 第三章 基于四组份连续变量TTPC纠缠态的量子通讯网络
• 3.1 引言
• 3.2 连续变量TTPC纠缠态的产生及特性
• 3.2.1 连续变量四组份TTPC纠缠态的产生
• 3.2.2 连续变量四组份TTPC纠缠态的关联特性
• 3.3 基于TTPC态的四站量子密集编码通讯网络方案
• 3.3.1 无控制者参与的通讯方案
• 3.3.2 两个控制者参与的通讯方案
• 3.3.3 单一控制者参与的通讯方案
• 3.4 不同通讯方案的信道容量对比
• 3.5 小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式