光學(xué)系統(tǒng)中后量子關(guān)聯(lián)及其蒸餾的模擬方案設(shè)計(jì).pdf

1、非局域關(guān)聯(lián)是一種重要的物理資源，量子非局域性是量子世界的本質(zhì)特征。Bell不等式是區(qū)分量子理論和隱變量模型的基本判據(jù)，且在最近的Bell不等式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，人們已經(jīng)能夠同時(shí)關(guān)閉三個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)漏洞。然而Bell不等式并不是一個(gè)充要判據(jù)，其理論研究還是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于超量子關(guān)聯(lián)（或者后量子關(guān)聯(lián)）的研究也將加深人們對(duì)量子理論的理解，并有可能導(dǎo)致新型信息處理方式的出現(xiàn)。本論文主要研究如何在光學(xué)系統(tǒng)中模擬后量子關(guān)聯(lián)及其蒸餾。本篇論

2、文的具體研究?jī)?nèi)容和所取得的成果包括如下三個(gè)方面:
　　首先，我們?cè)诠鈱W(xué)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬Popescu-Rohrlich(PR)盒子的物理方案。PR盒子的概率分布能最大限度地違反CHSH(Clauser-Horne-Shimony-Holt)不等式，即其CHSH值達(dá)到最大值4，遠(yuǎn)超量子力學(xué)系統(tǒng)中能夠觀測(cè)到的最大CHSH值2√2。眾所周知，通過后選擇待測(cè)狀態(tài)可打開Bell檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的公平抽樣漏洞，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致后量子關(guān)聯(lián)。在這篇論文中

3、，我們對(duì)測(cè)量后的結(jié)果進(jìn)行了選擇，也打開了公平抽樣漏洞，從而模擬了后量子關(guān)聯(lián)。因?yàn)楹筮x擇違背信息因果律，也就打開了局域漏洞，這意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行后選擇會(huì)同時(shí)導(dǎo)致公平抽樣漏洞和局域漏洞，因此我們稱之為Bell檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中的綜合漏洞。本方案就是利用該后選擇導(dǎo)致的綜合漏洞來模擬PR盒子，同時(shí)該方案也說明該綜合漏洞是為什么后量子關(guān)聯(lián)和量子力學(xué)不相容并且不存在于自然界中的一個(gè)可能解釋;
　　其次，我們提出了在后量子范圍內(nèi)模擬非局域蒸餾的物理方

4、案。通過對(duì)適當(dāng)前選擇和后選擇的偏振糾纏光子對(duì)所模擬盒子的輸出結(jié)果實(shí)施基于分束器的模2加操作，我們可以從兩個(gè)弱的后量子非局域關(guān)聯(lián)盒子中獲得一個(gè)強(qiáng)的后量子非局域關(guān)聯(lián)盒子。該過程的成功概率為1，且實(shí)驗(yàn)器件的不完美性僅會(huì)對(duì)輸出盒子的質(zhì)量產(chǎn)生輕微影響。
　　最后，我們?cè)诠鈱W(xué)系統(tǒng)中提出了模擬自適應(yīng)性非局域蒸餾的物理方案。自適應(yīng)非局域蒸餾是指第二個(gè)非局域盒子的輸入由第一個(gè)非局域盒子的輸出結(jié)果決定，而將兩個(gè)盒子的輸出結(jié)果的模2加輸出作為蒸餾后盒子

5、的輸出。在漸近極限下，利用該方案可以將任意關(guān)聯(lián)非局域盒子蒸餾到最大非局域盒子，也就是PR盒子。而自適應(yīng)非局域蒸餾方案模擬的主要障礙是如何在量子系統(tǒng)中模擬非局域盒子并得到每個(gè)盒子的輸出，而且不破壞其量子態(tài)。這里我們選取經(jīng)歷適當(dāng)前選和后選的偏振糾纏光子對(duì)模擬非局域盒子，利用基于標(biāo)準(zhǔn)的量子隱形傳態(tài)過程實(shí)現(xiàn)的量子非破壞性測(cè)量(QND)可以實(shí)現(xiàn)在不破壞量子態(tài)的前提下給出第一個(gè)盒子的輸出結(jié)果。上述方案對(duì)模擬后量子范圍非局域性的實(shí)驗(yàn)研究以及如何精確區(qū)