基于光與離子的量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建.pdf

1、在20世紀(jì)的物理學(xué)界中，量子力學(xué)無(wú)疑是最璀璨的一顆明珠。它雖然反物理直覺(jué)，但是完美地符合實(shí)驗(yàn)。隨著量子力學(xué)的深入發(fā)展，又派生出了一系列交叉學(xué)科。量子信息學(xué)就是其中的佼佼者。量子信息學(xué)的核心是將信息通過(guò)量子態(tài)來(lái)編碼，利用量子態(tài)本質(zhì)上的疊加性，完成經(jīng)典信息學(xué)不能完成的一些任務(wù)。在完成某一個(gè)任務(wù)的過(guò)程中，需要對(duì)量子態(tài)進(jìn)行各種處理，包括制備、傳輸、旋轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)、測(cè)量等。
　　為了完成對(duì)量子態(tài)的操作，我們需要一個(gè)或者多個(gè)量子系統(tǒng)?，F(xiàn)今，比較熱

2、門(mén)的系統(tǒng)有光學(xué)系統(tǒng)、囚禁離子系統(tǒng)、中性原子系統(tǒng)、量子點(diǎn)系統(tǒng)、NV色心系統(tǒng)、超導(dǎo)電路系統(tǒng)、核磁共振系統(tǒng)、腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、腔機(jī)械振子系統(tǒng)等。其中，光學(xué)系統(tǒng)擁有優(yōu)良的傳輸性能和簡(jiǎn)單的量子態(tài)處理手段。囚禁離子系統(tǒng)擁有極長(zhǎng)的相干時(shí)間，極強(qiáng)的相互作用勢(shì)。
　　這篇論文，我們將精力放在這兩個(gè)系統(tǒng)上。我們簡(jiǎn)要地介紹了這兩個(gè)系統(tǒng)的基本原理，主要地討論了基于光子系統(tǒng)和囚禁離子系統(tǒng)的量子網(wǎng)絡(luò)搭建。取得的成果有如下幾個(gè):
　　1.多用戶到多用戶

3、的通信波段偏振糾纏光子的糾纏分發(fā):
　　由于通信波段光子在光纖中傳輸?shù)膿p耗極小，所以它們已經(jīng)被廣泛地用于許多量子通信實(shí)驗(yàn)。這里，我們用通信波段偏振糾纏光子結(jié)合局域的波分復(fù)用設(shè)備來(lái)搭建量子糾纏分發(fā)器。我們用Beamlike型參量下轉(zhuǎn)換源來(lái)制備通信波段的偏振糾纏光子。這樣做的優(yōu)勢(shì)是可以擴(kuò)展到多個(gè)量子節(jié)點(diǎn)，從而進(jìn)行一系列多方量子通信。我們實(shí)驗(yàn)上演示了我們的通信波段偏振糾纏源的保真度和糾纏度都大于95％。并且，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的光纖傳輸后，糾

4、纏度仍然能夠得到保持。在糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)中，我們演示了經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器糾纏分發(fā)后，多用戶到多用戶的糾纏度仍然得到保持。我們也演示了多用戶之間的糾纏違背CHSH不等式。最后，作為我們糾纏分發(fā)源的一個(gè)應(yīng)用，我們驗(yàn)證了這個(gè)源能夠提取量子密鑰，并且計(jì)算了多用戶之間的量子密鑰率。
　　2.非局域非馬爾科夫環(huán)境的糾纏保護(hù):
　　由于光子在量子信道中傳輸會(huì)受到各種退相干機(jī)制的影響，所以需要某種方法來(lái)保持光子的相干性。這里，我們演示了光子開(kāi)放系統(tǒng)

5、可以利用初始環(huán)境中的的信息。光子系統(tǒng)在局域環(huán)境的作用下顯示馬爾科夫性，即光子的相干性會(huì)慢慢消失。但是，符合環(huán)境中的初始關(guān)聯(lián)性會(huì)導(dǎo)致非局域動(dòng)力學(xué)，這會(huì)顯示非馬爾科夫性，即光子的相干性會(huì)恢復(fù)。我們演示了通過(guò)改變初始環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)特性來(lái)控制光子開(kāi)放系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化。反過(guò)來(lái)，我們還演示了通過(guò)測(cè)試光子系統(tǒng)的相干性變化，可以間接地得到環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)度。最后，我們演示了通過(guò)改變環(huán)境的演化方式，可以保護(hù)光子系統(tǒng)的相干性，使其相干性完全不被環(huán)境破壞。