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纠缠光场的频率变换与TTPC纠缠态的产生

2020-11-28阅读(502)

纠缠光场的频率变换与TTPC纠缠态的产生

论文摘要

量子信息与量子计算是利用量子力学系统完成信息的处理与传送。量子信息与量子计算研究不仅具有广阔的应用前景,而且能够加深我们对量子力学基本原理的认识与理解。在量子计算与量子信息处理中,量子纠缠起着至关重要的作用。量子纠缠是量子力学为人类信息科学的发展所提供的“天然资源”。制备多组分纠缠态是发展量子计算与量子信息网络的前提,而执行纠缠光的频率变换,又是完成量子信息存储与信息交换的技术手段之一。就读博士期间,本人对连续变量纠缠态光场的频率变换方法进行了理论研究。继后,又完成了四组分纠缠态光场产生实验,获得TTPC四组分纠缠态。最后,设计了两类基于四组分纠缠的量子逻辑门,为执行连续变量量子计算作了前期准备。本论文的主要研究内容如下:1分析了内腔非线性和频过程在纠缠态频率变换过程中的量子特性。计算表明信号光在内腔非线性作用下改变频率,其量子特性可以保持不变。频率变换后的输出光束仍然与初始纠缠光束的另一半保持纠缠。计算了变频后光场的量子关联谱和纠缠度随初始压缩因子、系统光学损耗以及和频腔泵浦能量等物理参量的变化关系,为量子通讯网络实验系统的设计提供了具体参考。2实验产生了一种新类型的、到目前为止还没有qubit对应的、不同于GHZ态和Cluster态纠缠类型的连续变量四组分纠缠态。以实验可测参量为基础,推导了表征这类纠缠的完全不可分判据。与包含部分二组分关联的GHZ和Cluster四组分纠缠态判据不同,在这种新类型纠缠态的三个判据不等式中,所有正交振幅和正交位相的关联方差,均包含四个纠缠模中的三个组分,因此我们称之为完全三组分关联态,即TTPC（totally three-party correlation）态。3理论证明利用TTPC纠缠态可以实现受控非门（CNOT）逻辑运算,并设计了相应的实验方案。目前实验工作正在进行。4设计了以线性Cluster四组分纠缠态为基本量子系统,执行各种One-way量子逻辑运算的实验方案。数值模拟了有噪声情况下可能得到的实验结果。所完成的有所创新的研究工作如下:1从理论上证明了通过内腔非线性和频过程,对纠缠光束执行频率变换,可以保持初始的正交振幅和正交位相纠缠。数值计算了关联谱和纠缠度随和频腔各种物理参量的变化关系,为今后量子通讯网络系统的设计提供了理论参考。2实验产生了一种到目前为止还没有qubit对应的新类型连续变量四组分纠缠态,推导了验证此类量子纠缠的完全不可分判据。最后的实验结果符合纠缠态完全不可分判据要求。3设计了以连续变量四组分纠缠TTPC和Cluster态为基础,执行量子逻辑运算的实验方案,从理论上证明了方案的可行性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  • 第二章 量子信息与量子计算中的基本概念
  • 2.1 量子光学的基本概念
  • 2.1.1 光场的量子力学描述
  • 2.1.2 量子化光场的非线性过程
  • 2.1.3 量子化光场的线性变换
  • 2.1.4 量子化光场的探测
  • 2.2 量子信息的物理基础
  • 2.2.1 量子纠缠
  • 2.2.2 量子态叠加原理
  • 2.2.3 量子不可克隆
  • 2.3 量子计算的基本概念
  • 2.3.1 量子比特Qubit
  • 2.3.2 量子逻辑门
  • 2.3.3 量子算法
  • 2.3.4 量子计算的物理实现
  • 2.3.5 通用量子计算
  • 2.4 光量子计算机的一些研究进展
  • 2.4.1 KLM线性光学量子计算（LOQC）
  • 2.4.2 Cluster One-way量子计算
  • 第三章 连续变量纠缠态频率变换的理论研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 连续变量纠缠态频率变换的物理模型
  • 3.2.1 EPR纠缠源的产生
  • 3.2.2 和频过程
  • 3.3 和频腔中光场量子起伏的半经典解
  • 3.4 频率变换后的量子纠缠特性
  • 3.5 小结
  • 第四章 连续变量TTPC四组分纠缠态的实验产生
  • 4.1 引言
  • 4.2 产生连续变量TTPC四组分纠缠态的理论方案
  • 4.3 产生连续变量TTPC四组分纠缠态的实验装置
  • 4.3.1 具有经典相干性的两组EPR纠缠光场的实验产生
  • 4.3.2 π/2位相差锁定
  • 4.3.3 平衡零拍探测
  • 4.4 连续变量TTPC四组分纠缠态的实验产生
  • 4.5 结论
  • 第五章 利用连续变量四组分纠缠态实现量子逻辑门的理论研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 连续变量Cluster态量子计算理论
  • 5.3 用两个NOPA产生连续变量四组分纠缠态
  • 5.3.1 四组分线性Cluster态
  • 5.3.2 四组分TTPC纠缠态
  • 5.4 用连续变量四组分纠缠态实现量子逻辑门
  • 5.4.1 用线性Gaussian Cluster态实现One-way逻辑运算
  • 5.4.2 用连续变量TTPC四组分纠缠态执行CNOT门
  • 5.5 小结
  • 第六章 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

    • 相关论文文献

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