基于波导中光子横模的量子计算及其纠缠的经典模拟

论文摘要

本文讨论了一种利用光波导实现量子计算的方案。由于量子纠缠是实现量子计算的关键，因此我们进一步研究了多模光场实现纠缠态的可能性，提出了模式纠缠态的概念，这种纠缠态是量子纠缠态的经典模拟。为了与量子纠缠类比，进一步研究了这种纠缠态对贝尔不等式的破坏以及波导群时延的相关性质。这两种性质可以作为验证模式纠缠态存在的证据。这种模拟的研究可能是重要的，一方面它可以为量子纠缠态本质的研究提供一种直观的图像，而且为光量子计算的实现提供了一种有趣的途径。本文内容如下： 第一章：概述。这一章主要引入了量子计算的一些基本概念，包括量子门、量子位等。简要介绍了量子计算中的一个重要变换一量子Fourier变换，以及在量子计算Shor算法中的应用。 第二章：基于光波导模式的量子计算方案。介绍了一种量子计算方案，用光波导中的两个正交的模式TE0模和TE1模分别代表逻辑0和1，用马赫-增德尔干涉仪、方向耦合器和类似kerr效应的介质比如半导体光放大器来实现控制非门。 第三章：量子纠缠的经典模拟。研究了一种类似于量子纠缠态的模式纠缠态在光波导中传播可能产生的一些效应，这些效应可以被当作模式纠缠态存在的证据。提出了两种对这些效应进行验证的实验方法，一种是基于相关测量的结果对贝尔不等式的破坏，另外一种是基于随机波导中光场群时延的相关性质。 第四章：结论。总结了前面的工作，并指出了其可能具有的意义。

论文目录

• 第一章 概述
• §1.1 量子计算
• §1.2 量子门
• §1.3 量子位
• §1.4 量子Fourier变换
• §1.5 Shor算法
• §1.6 实现方案
• 第二章 基于光波导模式的量子计算方案
• §2.1 概述
• §2.2 量子比特
• §2.3 量子门
• 第三章 量子纠缠的经典模拟
• §3.1 引言
• §3.2 波导中光场横向模式与量子Fock态的相似性
• §3.3 随机波导中的模式叠加态
• §3.4 光场模式纠缠的贝尔不等式
• §3.5 随机波导中光场的模式纠缠效应
• 第四章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢