基于交叉克尔非线性的非局域贝尔态测量和量子信息转移

摘要

量子信息处理可以完成某些用传统的信息技术不能执行的通信和计算任务.在量子信息处理中,贝尔态测量是一个重要的操作,它是量子隐形传送、量子密集编码和量子纠错等量子信息处理中的关键步骤.特别地,非破坏性的贝尔态测量能够高效地区分四个贝尔态,同时不破坏纠缠资源,因此对于实际的量子通信和量子计算及其重要.近些年来,因为在长距离的量子通信中,对环境具有鲁棒性的光子是最理想的信息携带者,所以光学的量子信息处理吸引了很多的注意力。传统的量子信息处理任务是通过参与者共享纠缠态,然后分别进行局域操作来完成的。而在实际的量子通信和远程量子计算中,单光子量子比特的传输会不可避免地受到环境的干扰,进而影响量子信息处理的效率。如果能够实现量子比特的非局域操作,在某些量子信息处理任务中,可以不需要参与者共享纠缠资源,也就可以适当避免一些单光子传输带来的错误。因此,非局域量子测量的研究有着重要的意义。
　　本文首先研究了一种近似确定的非局域贝尔态测量方案。该方案中,我们利用两束强相干光作为通信“总线”,借助于弱交叉克尔非线性介质,实现了对位于不同位置的信号光子之间相互作用的调节。交叉克尔非线性介质的作用是当一束相干光和信号光子一起通过这种介质时,相干光就会产生一个相移。所以在本文的方案中,经过一系列我们设置的量子操作后,信号光子的量子态信息就可以由相干光的相移显示出来.接着,通过对两束相干光进行测量,我们就可以确定信号光子的量子态信息。本方案中,我们读取光子态信息的过程并不需要对信号光子进行测量,所以该方案是非破坏性的。而且在对相干光的测量中,我们使用的是错误率较低的光子数区分探测,这使得本方案又可以被近似确定地实现。另外,与当前已有的非局域贝尔态测量方案相比,本方案不需要超纠缠和经典通信,这使得实际的实验操作更简便。然后,在这个方案的基础上,我们研究了两种量子态信息在空间上分离的光子之间转移的方案,即单光子态信息转移方案和双光子纠缠态信息转移方案。分析得出,我们的单光子态转移过程与传统的隐形传送略有不同,但是可以被看作是新型的没有纠缠通道和经典通信的隐形传送方案。双光子纠缠态信息转移比较复杂,需要在非局域贝尔态测量之后再进行一个局域的贝尔态测量,但是整个过程所需要的逻辑操作在当前的实验条件下都是可行的。

目录

声明

第一章 引 言

第二章 量子光学相关基础

2.1.2 单光子态和纠缠态

2.2 量子非局域性

2.3 光学克尔非线性

2.3.2 交叉克尔非线性作用

2.4 量子非破坏性测量

2.4.1 分布的宇称门

2.4.2 零差测量和光子数区分探测

第三章 非局域贝尔态测量

3.1 非局域贝尔态测量

3.2 方案可行性分析

3.3 小结

第四章 量子信息转移

4.1 单光子量子态信息转移

4.2 双光子纠缠态量子信息转移

4.3 小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文目录