检索结果-内蒙古大学图书馆

量子光学学报 2018年第2期24卷 147-155页

作者：陈浩谭爱红中国计量大学

连续变量量子纠缠态是量子信息研究中的一项重要的量子资源。实验上，通常使用非简并光学参量振荡器（NOPO）制备具有正交振幅和正交位相分量量子关联的量子纠缠态光场。本文详细分析了注入泵浦场噪声以及注入信号场和闲置场噪声对NOPO... 详细信息

连续变量量子纠缠态是量子信息研究中的一项重要的量子资源。实验上，通常使用非简并光学参量振荡器（NOPO）制备具有正交振幅和正交位相分量量子关联的量子纠缠态光场。本文详细分析了注入泵浦场噪声以及注入信号场和闲置场噪声对NOPO输出场纠缠特性的影响。结果表明，通过优化实验参数，可以减小NOP0注入场的噪声对NOP0输出纠缠光场的影响。同时，减小注入场的噪声，选取位相压缩的泵浦场、噪声关联的信号场和闲置场作为注入信号，可以进一步提高NOPO输出光场的纠缠程度。计算中选取的参数，以实验为依据，可以为实验中改善NOP0输出场的纠缠特性提供参考。

关键词：量子光学连续变量量子纠缠 NOPO 关联噪声

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注入场噪声对非简并光学参量振荡器输出场量子纠缠特性的影响研究

注入场噪声对非简并光学参量振荡器输出场量子纠缠特性的影响研究

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作者：陈浩中国计量大学

学位级别：硕士

连续变量纠缠态光场是量子信息研究的重要基础资源之一。为了提高量子信息处理的效率和质量,研究者们对连续变量量子纠缠的纠缠程度提出了更高的要求。实验上通常使用非简并光学参量振荡器(NOPO)制备具有正交振幅和正交位相关联的连续... 详细信息

连续变量纠缠态光场是量子信息研究的重要基础资源之一。为了提高量子信息处理的效率和质量,研究者们对连续变量量子纠缠的纠缠程度提出了更高的要求。实验上通常使用非简并光学参量振荡器(NOPO)制备具有正交振幅和正交位相关联的连续变量纠缠态光场。一般情况下,NOPO是对注入泵浦场、信号场(闲置场)的相干态噪声进行非线性操作的,但是未见关于NOPO对其它量子态噪声(位相压缩态、EPR态)操控的报道。我们期望通过分析不同注入泵浦场量子噪声、注入信号场和闲置场量子噪声对NOPO输出场纠缠特性的影响,找出提高NOPO输出场纠缠性能的途径。本文主要工作包括:(1)通过数值计算详细分析了利用NOPO制备连续变量纠缠态光场的实验系统,并对系统参数进行了优化。在假设泵浦场为相干态以及注入信号(闲置)场为真空态的情况下,我们首先分析了腔失谐量对NOPO输出场纠缠特性的影响,结果表明腔失谐量越小,输出场的纠缠特性越好,并在腔谐振时输出场的纠缠特性达到最佳。然后,我们分析了在腔谐振时泵浦参量和透射系数对输出场纠缠特性的影响,发现选取尽量小的泵浦场透射系数和泵浦参量以及尽量大的信号(闲置)场透射系数,可以进一步减小NOPO注入场的噪声对输出场纠缠特性的影响,从而提高输出场的纠缠特性。(2)在对系统参数优化的基础上,我们研究了不同注入场量子噪声对输出场纠缠特性的影响。结果表明选取位相压缩的泵浦场、处于双模压缩态的信号场和闲置场作为注入信号,可以进一步提高NOPO输出光场的纠缠特性,而且位相压缩态和双模压缩态的压缩系数越高,输出场的纠缠特性越好。我们在上述理论分析中所选取的参数是以以往的实验为依据,所得结果可以直接应用于NOPO制备连续变量纠缠态光场的实验。

关键词：量子光学关联噪声连续变量量子纠缠 NOPO

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连续变量量子逻辑操作的实验研究

连续变量量子逻辑操作的实验研究

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作者：王宇山西大学

学位级别：博士

量子计算机可以用来解决一些经典计算机无法解决的问题。随着理论与技术的成熟,更多科学家加入该领域的研究,量子通信与量子计算取得了突飞猛进的发展,将对未来科学技术以及人类的发展与进步发挥巨大的推动作用。人类进入量子信息时代... 详细信息

量子计算机可以用来解决一些经典计算机无法解决的问题。随着理论与技术的成熟,更多科学家加入该领域的研究,量子通信与量子计算取得了突飞猛进的发展,将对未来科学技术以及人类的发展与进步发挥巨大的推动作用。人类进入量子信息时代的梦想一定会变为现实。连续变量纠缠态光场是发展量子计算和量子信息网络的重要基础资源之一。为了实现基于光学连续变量的量子计算,首先必须制备高纠缠度的纠缠态光场。在攻读博士期间,我完成的第一项研究工作是对制备纠缠态光场的实验装置进行改进,获得了6dB的连续变量纠缠态光场。之后利用连续变量四组份线性cluster纠缠态光场,实现了连续变量可控X操作的实验研究。为进一步研究量子计算做了必要的前期准备。我所完成的主要研究工作如下： 1.利用高精细度的光学模清洁器,将非简并光学参量放大器(NOPA)的泵浦光束正交振幅和正交位相的噪声降低到量子噪声极限水平(即使泵浦光为真实的相干光)。同时通过改进电子学锁定系统,严格控制锁定系统带来的相位起伏噪声。通过以上实验条件的改进,我们将由非简并光学参量放大器产生的纠缠态光束的正交分量关联度从4dB提高到了6dB。实验结果显示,从非简并光学参量放大器输出的光束纠缠度还有进一步提升的空间。 2.设计了一种利用连续变量四组份cluster态,实现可控X操作的实验系统,并通过实验证实了该方案的可行性。我们利用量子离物传态技术将输入目标态和控制态的信息加载到输出态上。利用离线制备的cluster纠缠态,平衡零拍测量和电子学的前馈技术,将输入控制态的信息加载到输出目标态上。由于这个基于量子离物传态的实验方案利用了光学连续变量的非定域,决定性纠缠特性,所以具有非定域性和决定性等优点。同时通过比较利用和不利用cluster纠缠态时输出态保真度的提高,定量的说明了量子纠缠对计算精确度的影响。 3.在完善的量子信息系统中,需要利用更多组份的量子纠缠态,为此我们以六束正交位相压缩态光场为基础,通过选择比例合适的分束器耦合,设计了产生六组份和八组份等权重线性cluster态的实验方案,计算了抑制反压缩分量对cluster纠缠态量子关联的影响。这一设计和计算方法可以推广产生更多组份和不等权重的多组份纠缠态,为下一步研究提供了直接的理论参考。所完成的有所创新的研究工作如下： 1.通过加入高精度光学模清洁器和对位相锁定系统的改进,利用非简并光学参量放大器实验获得了目前世界上纠缠度最高的两组份EPR纠缠态光场。 2.利用四组份线性cluster纠缠态光场,实验实现了连续变量可控X操作,并分析了实验结果的保真度。为单向量子计算机的实现提供了实验依据。 3.理论设计了产生6组份及8组份连续变量等权重cluster态的实验方案,并以4组份cluster态为例分析了等权重与非等权重cluster态的区别。

关键词：连续变量量子纠缠高精度光学模清洁器可控X操作多组份纠缠态

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纠缠光场的频率变换与TTPC纠缠态的产生

纠缠光场的频率变换与TTPC纠缠态的产生

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作者：谭爱红山西大学

学位级别：博士

量子信息与量子计算是利用量子力学系统完成信息的处理与传送。量子信息与量子计算研究不仅具有广阔的应用前景,而且能够加深我们对量子力学基本原理的认识与理解。在量子计算与量子信息处理中,量子纠缠起着至关重要的作用。量子纠缠是... 详细信息

量子信息与量子计算是利用量子力学系统完成信息的处理与传送。量子信息与量子计算研究不仅具有广阔的应用前景,而且能够加深我们对量子力学基本原理的认识与理解。在量子计算与量子信息处理中,量子纠缠起着至关重要的作用。量子纠缠是量子力学为人类信息科学的发展所提供的“天然资源”。制备多组分纠缠态是发展量子计算与量子信息网络的前提,而执行纠缠光的频率变换,又是完成量子信息存储与信息交换的技术手段之一。就读博士期间,本人对连续变量纠缠态光场的频率变换方法进行了理论研究。继后,又完成了四组分纠缠态光场产生实验,获得TTPC四组分纠缠态。最后,设计了两类基于四组分纠缠的量子逻辑门,为执行连续变量量子计算作了前期准备。本论文的主要研究内容如下: 1分析了内腔非线性和频过程在纠缠态频率变换过程中的量子特性。计算表明信号光在内腔非线性作用下改变频率,其量子特性可以保持不变。频率变换后的输出光束仍然与初始纠缠光束的另一半保持纠缠。计算了变频后光场的量子关联谱和纠缠度随初始压缩因子、系统光学损耗以及和频腔泵浦能量等物理参量的变化关系,为量子通讯网络实验系统的设计提供了具体参考。 2实验产生了一种新类型的、到目前为止还没有qubit对应的、不同于GHZ态和Cluster态纠缠类型的连续变量四组分纠缠态。以实验可测参量为基础,推导了表征这类纠缠的完全不可分判据。与包含部分二组分关联的GHZ和Cluster四组分纠缠态判据不同,在这种新类型纠缠态的三个判据不等式中,所有正交振幅和正交位相的关联方差,均包含四个纠缠模中的三个组分,因此我们称之为完全三组分关联态,即TTPC(totally three-party correlation)态。 3理论证明利用TTPC纠缠态可以实现受控非门(CNOT)逻辑运算,并设计了相应的实验方案。目前实验工作正在进行。 4设计了以线性Cluster四组分纠缠态为基本量子系统,执行各种One-way量子逻辑运算的实验方案。数值模拟了有噪声情况下可能得到的实验结果。所完成的有所创新的研究工作如下: 1从理论上证明了通过内腔非线性和频过程,对纠缠光束执行频率变换,可以保持初始的正交振幅和正交位相纠缠。数值计算了关联谱和纠缠度随和频腔各种物理参量的变化关系,为今后量子通讯网络系统的设计提供了理论参考。 2实验产生了一种到目前为止还没有qubit对应的新类型连续变量四组分纠缠态,推导了验证此类量子纠缠的完全不可分判据。最后的实验结果符合纠缠态完全不可分判据要求。 3设计了以连续变量四组分纠缠TTPC和Cluster态为基础,执行量子逻辑运算的实验方案,从理论上证明了方案的可行性。

关键词：连续变量量子纠缠频率变换连续变量TTPC四组分纠缠态量子逻辑门和频非线性作用

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连续变量四组份纠缠光场产生和量子保密通信研究

连续变量四组份纠缠光场产生和量子保密通信研究

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作者：苏晓龙山西大学

学位级别：博士

量子信息是当今国际科学技术界的前沿研究课题，主要研究如何利用量子力学基本原理及量子态的特性，如量子纠缠和态叠加等，完成信息处理、计算与传送。量子纠缠是量子力学最重要的精华内容之一，它被认为是量子信息和量子计算的重要资... 详细信息

量子信息是当今国际科学技术界的前沿研究课题，主要研究如何利用量子力学基本原理及量子态的特性，如量子纠缠和态叠加等，完成信息处理、计算与传送。量子纠缠是量子力学最重要的精华内容之一，它被认为是量子信息和量子计算的重要资源。利用量子纠缠，人们可以在信息与计算领域完成经典物理不可能完成的工作。利用量子纠缠，通讯双方可以实现对一个量子态的高保真度远程传输，即量子离物传态；利用量子纠缠，通信双方可以实现经典信息的高信道容量传输，即量子密集编码；甚至可以使原本不纠缠的量子系统在不直接相互作用的情况下产生纠缠，即量子纠缠交换。量子力学的诸多特性也应用到保密通信当中，可以从物理层面上达到真正意义的保密，实现绝对安全的量子密钥分发(Quantum key distribution，QKD)。各种利用量子纠缠的量子密钥分发方案，显示出独特的优越性。设计和实验实现有实际应用潜力的量子密钥分发方案，不仅有基础研究意义，而且有很强的应用需求。量子信息科学根据所利用的量子变量的本征态具有分离谱或是连续谱结构区分为分离变量与连续变量两大类，连续变量和分离变量量子信息有着不同的特点与应用前景，各具特色，目前正在平行发展。量子信息研究先从分离变量开始，随后被扩展到连续变量领域。连续变量量子通信具有比特速率高等潜在优越性，近十年引起广泛的研究兴趣。但与分离变量相比，连续变量量子通信的实验研究仍相对滞后。虽然已利用连续变量两组份Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠实现了无条件量子态离物传送、量子密集编码及量子纠缠交换等量子通信的重要基础实验，然而发展量子信息的关键是实现量子信息网络。获得多组份纠缠态是下一步发展量子信息网络的基本工作之一。本论文的主要研究内容如下： 1．设计了连续变量四组份类Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)纠缠态和类Cluster纠缠态产生系统，并完成了产生四组份类GHZ纠缠态和类Cluster纠缠态的实验研究。利用一对运转于参量反放大状态的非简并光学参量放大器，产生的四个正交分量压缩态光场(两束正交振幅压缩光，两束正交位相压缩光)，经适当的线性光学变换与量子非破坏(Quantum nondemolition，QND)耦合，通过对耦合光相对位相的控制，既产生了四组份类GHZ纠缠态，也产生了四组份类Cluster纠缠态。(***．98，070502(2007)；“中国科学”已接受) 2．提出一种利用明亮的EPR纠缠光束完成连续变量密集编码量子保密通信的方案。纠缠源被放置在接收者处，仅利用纠缠光束的一束(信号光)往返传输信息，而另一束光场(闲置光)被接收者保留用于解调信息。信息发送者同时将振幅和位相信号调制到信号光场上，然后将其返回到接收者处，接收者利用连续变量量子密集编码关联测量解调信号，因此信道容量被大大的提高。该方案可以直接利用量子纠缠突破连续变量量子保密通信的3 dB损耗极限(***．A 74，062305(2006)) 3．直接利用光场的EPR关联实现了连续变量量子保密通信。通信双方共享一对明亮的EPR纠缠光束，随机选择测量各自所拥有的光场的正交振幅或正交位相分量，并利用各分量间的量子关联建立密钥。此方案无需信号调制，通过量子起伏的局域测量和公开比对建立密钥和发现窃听者。从信息理论证明了方案的安全性。实验结果显示，我们的裸码速率可达1×10～7bit／s。(Paper in preparing) 4．利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器，制备了强度高达22row的频率非简并纠缠态光场。用非平衡Mach-Zehnder干涉仪所测得的正交振幅与正交位相的量子关联度分别为1.25dB和0.60dB。该方法提供了制备和检测频率可调谐高亮度纠缠态光场的有效途径。(***．31，1133(2006)) 所完成的有所创新的研究工作如下： 1．设计了连续变量四组份类GHZ纠缠态和类Cluster纠缠态的实验产生系统，从理论上推导出四组份类Cluster纠缠态的完全不可分判据，计算了四组份纠缠对实验参量的依赖关系。首次从实验上获得了上述两类四组份纠缠态光场。 2．提出利用明亮EPR纠缠光束，通过双向传输实现连续变量密集编码量子保密通信的方案，通过理论计算证明了在高纠缠度下直接突破3 dB损耗极限的可能性。 3．提出一种利用EPR关联，无需信号调制，实现连续变量量子保密通信的新方案，并通过实验证实了该方案的可行性。 4．利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器，制备了强度高达22 mW的频率非简并纠缠态光场，

关键词：连续变量量子纠缠四组份类Cluster和类GHZ纠缠态非简并光学参量放大器连续变量量子密钥分发非平衡Mach-Zehnder干涉仪

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