單光子多比特體系在量子信息中的應(yīng)用研究.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文單光子多比特體系在量子信息中的應(yīng)用研究姓名：張沛申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：光學(xué)指導(dǎo)教師：郭光燦黃運鋒20080401中英文摘要量子隨機行走是一種量子算法，與經(jīng)典隨機行走有著完全不同的現(xiàn)象和結(jié)果。量子隨機行走算法已經(jīng)在很多體系中實現(xiàn)，包括光學(xué)體系。在我們實驗中，利用光子的路徑編碼qubit，光子的軌道角動量編碼qudit，實現(xiàn)光子在軌道角動量空間上的隨機行走。具體是先將光子制備到路徑疊加態(tài)，然后根據(jù)不同路徑，通過

2、計算全息片實現(xiàn)軌道角動量的改變，最后探測光子處于各個軌道角動量態(tài)的幾率，便得到了量子隨機行走的結(jié)果。我們巧妙地將光子軌道角動量的高維特性應(yīng)用于實驗，得到了更為漂亮的結(jié)果，并且討論了將量子隨機行走向更多步數(shù)推廣的實驗可行性。這些內(nèi)容將在第二章和第三章中詳細(xì)討論。II、量子博弈量子博弈是運籌學(xué)與量子理論結(jié)合的產(chǎn)物，是量子信息論的一個重要分支。量子博弈主要分為三類問題：PQ翻硬幣問題、“囚徒困境”問題和量子賭博。我們在實驗上，利用線性光學(xué)方法

3、，實現(xiàn)了量子賭博機，并對結(jié)果進行了分析，得出博弈方獲得最大收益的最佳方案。實驗中，我們使用兩塊雙折射晶體作為偏振分束器，解決了MachZehnder干涉穩(wěn)定性的問題，獲得了長時問的干涉穩(wěn)定，使得實驗結(jié)果更具說服力。第四章我們將詳細(xì)介紹量子博弈論的基本問題和實驗實現(xiàn)量子賭博機的具體情況。III、量子幺正操作的完美區(qū)分量子態(tài)的區(qū)分是量子信息中的基本問題，科學(xué)家在研究量子態(tài)局域操作可區(qū)分性方面做出了大量的工作，取得了很大的進展。量子幺正操作的