基于線性光學系統(tǒng)的量子信息實驗研究.pdf

1、量子信息學以信息學和量子力學為理論基礎(chǔ)，一方面將量子系統(tǒng)作為信息載體，利用量子比特獨有的相干、糾纏等特性，實現(xiàn)信息處理維度的擴展，并由此衍生出量子通信、量子計算等一系列基于量子系統(tǒng)的信息處理新模式;另一方面，量子信息學從信息學的角度對量子物理學重新加以闡釋，通過對量子力學中的相干、非局域性等物理量予以系統(tǒng)化的定量描述，提出諸如量子資源化理論、貝爾非局域理論等，進一步加深對人們對量子物理以及量子系統(tǒng)的深刻理解。量子信息學的這兩方面發(fā)展相輔

2、相成，并隨著現(xiàn)今實驗技術(shù)的飛速發(fā)展，在基礎(chǔ)科學和應用科學領(lǐng)域都已發(fā)揮出巨大作用。
　　線性光學系統(tǒng)以光子態(tài)的偏振、路徑等屬性作為量子比特的載體，具有相干時間長、編碼維度多等優(yōu)點，可以實現(xiàn)多種量子信息過程及相關(guān)實驗研究。本文所取得的主要研究成果如下:
　　1.提出基于超快參量下轉(zhuǎn)換的糾纏純化理論方案。
　　我們將量子點輻射產(chǎn)生的糾纏光子對和窄脈沖激光同時入射非線性晶體，通過調(diào)節(jié)脈沖激光的波長和時間寬度，可令糾纏光子在參量

3、下轉(zhuǎn)化至通信波段的同時受到時間后選擇作用，降低量子點中間能級劈裂對糾纏度的影響。
　　2.基于二維材料的室溫單光子源的制備研究。
　　六方氮化硼具有約6eV的寬能帶帶隙，囚禁于深缺陷能級中的激子在室溫下不會被聲子激發(fā)為自由激子，因此六方氮化硼材料可用于制備室溫下的單光子源。我們通過對六方氮化硼薄片進行離子注入和高溫退火等處理，實現(xiàn)了基于六方氮化硼材料的室溫單光子源的初步制備。
　　3.宇稱-時間對稱量子系統(tǒng)的量子模擬及

4、其中no-signalling principle的實驗研究。
　　我們將一對糾纏光子對分配至處于類空間隔的兩地，利用線性光學系統(tǒng)和時間后選擇實現(xiàn)了非局域量子模擬器的構(gòu)建并模擬了宇稱-時間對稱量子系統(tǒng)，實驗研究了其中的no-signalling principle，演示了一定條件下宇稱-時間對稱量子系統(tǒng)中的信息超光速傳播現(xiàn)象。
　　4.實現(xiàn)測量精度超越經(jīng)典極限的能量循環(huán)型弱值測量。
　　我們通過將光學腔增益系統(tǒng)引入弱值