糾纏光子的制備和應(yīng)用.pdf

1、量子信息科學(xué)是量子力學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，自上世紀(jì)末出現(xiàn)以來，就吸引了眾多物理學(xué)者的目光，在量子信息學(xué)中，量子糾纏無疑是其區(qū)別于經(jīng)典信息學(xué)的重要特征之一，是量子信息過程中不可或缺的資源，在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計(jì)算中都起到非常重要的作用． 光量子信息處理方法作為一種量子信息處理方法，因糾纏光子的易制備和易操控的優(yōu)點(diǎn)而廣為人們所使用．然而，隨著量子信息理論的發(fā)展，人們所關(guān)注的對(duì)象從兩量子比特發(fā)展到多量子比特，相應(yīng)的，光量子信

2、息處理的領(lǐng)域也從雙光子發(fā)展到多光子．本博士論文從制備適用于多光子量子信息處理實(shí)驗(yàn)的飛秒脈沖泵浦高亮度雙光子糾纏源開始，主要完成了光子糾纏態(tài)制備、度量、干涉等以下幾個(gè)工作： 1.自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程制備高亮度的偏振糾纏光子源 糾纏光子對(duì)是光學(xué)量子信息處理過程中最為重要的資源，而高亮度的糾纏光子則是多量子比特光學(xué)量子信息處理過程中必不可少的，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上利用Beam-like方法制備出了雙光子偏振糾纏態(tài)，其亮度大約是同行在同等

3、泵浦條件下的三倍，該糾纏源的高保真度和高亮度，使得許多需要多光子資源的量子信息過程的實(shí)現(xiàn)成為可能．它可以大大降低六光子實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)難度，并為八光子實(shí)驗(yàn)提供可能． 2.提出一種使用隨機(jī)產(chǎn)生的雙光子糾纏光源制備可預(yù)知多光子糾纏源的方案 在目前的實(shí)驗(yàn)條件下，能夠制備的雙光子糾纏光源多具有隨機(jī)性(例如SPDC過程)．要想知道糾纏態(tài)是否產(chǎn)生，必須要對(duì)制備的態(tài)進(jìn)行測(cè)量．這對(duì)一些多光子實(shí)驗(yàn)將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，因此，能夠先驗(yàn)地得知糾纏態(tài)

4、何時(shí)產(chǎn)生而不需要對(duì)態(tài)進(jìn)行任何破壞性測(cè)量的可預(yù)知糾纏態(tài)制備就具有非常重要的意義．我們提出了一種使用N+1個(gè)SPDC源和線性光學(xué)元件來制備N光子可預(yù)知GHZ型偏振糾纏態(tài)的方案，對(duì)N+2個(gè)理想的可分辨光子數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間符合測(cè)量，可以預(yù)知糾纏態(tài)是否成功制備，該方案雖然不能完全消除SPDC高階項(xiàng)帶來的影響，但因其消耗的資源較少，在沒有高階項(xiàng)影響的系統(tǒng)中有較大優(yōu)勢(shì)． 3.實(shí)驗(yàn)上直接測(cè)量雙光子混態(tài)concurrence(共生)的上下限

5、 對(duì)糾纏該怎樣描述，怎樣量化，這一直是困擾著物理學(xué)工作者的一大難題．我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上利用對(duì)態(tài)的兩份拷貝進(jìn)行對(duì)稱反對(duì)稱投影的方法直接測(cè)量得到了兩量子比特混態(tài)concurrence的上下限，測(cè)量結(jié)果基本上符合量子態(tài)層析術(shù)得到的結(jié)果．而且，在擴(kuò)展到多光子時(shí)，我們使用的方法只需要線性增加雙光子干涉的個(gè)數(shù)，而量子態(tài)層析術(shù)需要指數(shù)增加的實(shí)驗(yàn)資源．同時(shí)需要注意到的是，在超過2維×2維的情況下，即使通過量子態(tài)層析術(shù)得到態(tài)的密度矩陣，也沒有辦法通過其計(jì)算態(tài)