連續(xù)變量量子邏輯操作的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子計(jì)算機(jī)可以用來解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的問題。隨著理論與技術(shù)的成熟，更多科學(xué)家加入該領(lǐng)域的研究，量子通信與量子計(jì)算取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，將對未來科學(xué)技術(shù)以及人類的發(fā)展與進(jìn)步發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用。人類進(jìn)入量子信息時(shí)代的夢想一定會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
　　連續(xù)變量糾纏態(tài)光場是發(fā)展量子計(jì)算和量子信息網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)資源之一。為了實(shí)現(xiàn)基于光學(xué)連續(xù)變量的量子計(jì)算，首先必須制備高糾纏度的糾纏態(tài)光場。在攻讀博士期間，我完成的第一項(xiàng)研究工作是對制備糾纏態(tài)

2、光場的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，獲得了6dB的連續(xù)變量糾纏態(tài)光場。之后利用連續(xù)變量四組份線性cluster糾纏態(tài)光場，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)變量可控X操作的實(shí)驗(yàn)研究。為進(jìn)一步研究量子計(jì)算做了必要的前期準(zhǔn)備。
　　我所完成的主要研究工作如下:
　　1.利用高精細(xì)度的光學(xué)模清潔器，將非簡并光學(xué)參量放大器(NOPA)的泵浦光束正交振幅和正交位相的噪聲降低到量子噪聲極限水平（即使泵浦光為真實(shí)的相干光）。同時(shí)通過改進(jìn)電子學(xué)鎖定系統(tǒng)，嚴(yán)格控制鎖定系統(tǒng)帶來的

3、相位起伏噪聲。通過以上實(shí)驗(yàn)條件的改進(jìn)，我們將由非簡并光學(xué)參量放大器產(chǎn)生的糾纏態(tài)光束的正交分量關(guān)聯(lián)度從4dB提高到了6dB。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，從非簡并光學(xué)參量放大器輸出的光束糾纏度還有進(jìn)一步提升的空間。
　　2.設(shè)計(jì)了一種利用連續(xù)變量四組份cluster態(tài)，實(shí)現(xiàn)可控X操作的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該方案的可行性。我們利用量子離物傳態(tài)技術(shù)將輸入目標(biāo)態(tài)和控制態(tài)的信息加載到輸出態(tài)上。利用離線制備的cluster糾纏態(tài)，平衡零拍測量和電子學(xué)的

4、前饋技術(shù)，將輸入控制態(tài)的信息加載到輸出目標(biāo)態(tài)上。由于這個(gè)基于量子離物傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)方案利用了光學(xué)連續(xù)變量的非定域，決定性糾纏特性，所以具有非定域性和決定性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)通過比較利用和不利用cluster糾纏態(tài)時(shí)輸出態(tài)保真度的提高，定量的說明了量子糾纏對計(jì)算精確度的影響。
　　3.在完善的量子信息系統(tǒng)中，需要利用更多組份的量子糾纏態(tài)，為此我們以六束正交位相壓縮態(tài)光場為基礎(chǔ)，通過選擇比例合適的分束器耦合，設(shè)計(jì)了產(chǎn)生六組份和八組份等權(quán)重線性c

5、luster態(tài)的實(shí)驗(yàn)方案，計(jì)算了抑制反壓縮分量對cluster糾纏態(tài)量子關(guān)聯(lián)的影響。這一設(shè)計(jì)和計(jì)算方法可以推廣產(chǎn)生更多組份和不等權(quán)重的多組份糾纏態(tài)，為下一步研究提供了直接的理論參考。
　　所完成的有所創(chuàng)新的研究工作如下:
　　1.通過加入高精度光學(xué)模清潔器和對位相鎖定系統(tǒng)的改進(jìn)，利用非簡并光學(xué)參量放大器實(shí)驗(yàn)獲得了目前世界上糾纏度最高的兩組份EPR糾纏態(tài)光場。
　　2.利用四組份線性cluster糾纏態(tài)光場，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了連