發(fā)布時(shí)間：2020-03-29 07:38

【摘要】：量子信息是一個(gè)新興的交叉學(xué)科,包含量子通信、量子計(jì)算和量子調(diào)控等,主要是利用微觀系統(tǒng)的量子特性來(lái)處理信息領(lǐng)域中的問(wèn)題。相較于經(jīng)典信息,量子態(tài)(信息)具有不可克隆和可疊加的特性,使其在傳輸過(guò)程中具有很好的安全性,且量子比特具有比經(jīng)典比特大得多的信息存儲(chǔ)容量。故此,量子信息成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn),發(fā)展迅速。在量子信息學(xué)中,量子糾纏扮演著十分重要的角色,為了充分利用糾纏資源,通常使用的量子態(tài)必須是最大糾纏態(tài)或已知糾纏度的部分糾纏態(tài),所以如何準(zhǔn)確度量量子態(tài)的糾纏程度就顯得十分重要。通常為了獲知量子態(tài)的糾纏度,必須首先利用量子態(tài)層析技術(shù)對(duì)該量子態(tài)的密度矩陣進(jìn)行重構(gòu),再利用具體的糾纏度量方式計(jì)算得到該量子態(tài)的糾纏度。然而,量子態(tài)的糾纏度量并不需要獲知量子態(tài)的每個(gè)參數(shù),而僅僅需要量子態(tài)參數(shù)的某一組合,故此我們有可能通過(guò)某種精巧設(shè)計(jì),直接測(cè)量出量子態(tài)的糾纏大小,從而避開復(fù)雜的量子態(tài)層析過(guò)程。另外,量子點(diǎn)系統(tǒng)因其具有較長(zhǎng)的相干時(shí)間、超快的可控性與可檢測(cè)性以及很高的可集成特性已成為熱門的量子硬件系統(tǒng)。故此本論文圍繞量子點(diǎn)系統(tǒng)中兩電子自旋糾纏態(tài)的糾纏直接測(cè)量開展研究,主要的研究對(duì)象為一般的量子點(diǎn)電子自旋純態(tài)糾纏和混合態(tài)糾纏的直接測(cè)量方案設(shè)計(jì)。具體的研究?jī)?nèi)容和所取得的成果包括如下三個(gè)方面:一、在雙面腔-量子點(diǎn)系統(tǒng)中,基于偏振光子與量子點(diǎn)電子自旋之間的相互作用,設(shè)計(jì)了量子點(diǎn)電子自旋純態(tài)糾纏的直接測(cè)量方案。為規(guī)避復(fù)雜的量子態(tài)重構(gòu)過(guò)程,每次需對(duì)待測(cè)糾纏態(tài)的兩個(gè)拷貝實(shí)施聯(lián)合操作和測(cè)量,這樣量子態(tài)的糾纏度可被編碼到某一輸出態(tài)的概率幅中。通過(guò)測(cè)量獲得該輸出態(tài)的概率直接得到待測(cè)量子態(tài)的糾纏度,即無(wú)需進(jìn)行量子態(tài)層析就可精確度量待測(cè)量子態(tài)的糾纏度。另外,僅需對(duì)輔助光子的輸出狀態(tài)進(jìn)行一次測(cè)量便可直接得到待測(cè)量子點(diǎn)電子自旋狀態(tài)的糾纏度,大大降低了糾纏測(cè)量的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。因該方案只涉及單方用戶的局域操作,因此也適用于遠(yuǎn)程量子點(diǎn)電子自旋糾纏并發(fā)度的直接測(cè)量;二、基于偏振光子與量子點(diǎn)電子自旋之間的相互作用,設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌于雙面腔中的量子點(diǎn)電子自旋一般混合態(tài)——類Werner態(tài)的糾纏直接測(cè)量方案。由于實(shí)際可用的糾纏態(tài)絕大部分都為混合糾纏態(tài),且任意混合糾纏態(tài)均可通過(guò)局域隨機(jī)雙邊旋轉(zhuǎn)操作轉(zhuǎn)換為一個(gè)類Werner態(tài),因此研究?jī)闪孔狱c(diǎn)電子自旋類Werner態(tài)糾纏的直接測(cè)量方案具有重要的實(shí)際意義。利用輔助光子實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)類Werner態(tài)的兩個(gè)拷貝的聯(lián)合操作,并將兩量子點(diǎn)電子自旋類Werner態(tài)的糾纏大小編碼于測(cè)得輔助光子的某輸出態(tài)的概率上,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)需量子態(tài)重構(gòu)的糾纏直接測(cè)量。雖然方案中,需要引入兩個(gè)輔助光子,但所涉及的僅為局域操作和經(jīng)典通信,因此該方案可適用于遠(yuǎn)程糾纏并發(fā)度的直接測(cè)量。另外,這里需要對(duì)輔助光子實(shí)施兩次符合測(cè)量,方可準(zhǔn)確得到類Werner態(tài)的糾纏大小。顯然,這里的測(cè)量次數(shù)比純態(tài)的情形多一次,這也正體現(xiàn)出混合態(tài)的糾纏比純態(tài)糾纏更加復(fù)雜的本質(zhì);三、基于偏振光子與量子點(diǎn)電子自旋之間的相互作用,設(shè)計(jì)了僅需一次光子態(tài)測(cè)量的量子點(diǎn)電子自旋混合態(tài)—Collins-Gisin態(tài)的糾纏直接測(cè)量方案。在兩體系統(tǒng)混合態(tài)中存在一類特殊的狀態(tài)——Collins-Gisin態(tài),具有特殊的Bell非局域性,因此對(duì)于該量子態(tài)糾纏的直接測(cè)量方案的研究具有重要意義。與類Werner態(tài)的糾纏直接測(cè)量方案類似,這里只需探測(cè)輔助光子的狀態(tài)即可直接得到該量子態(tài)的糾纏并發(fā)度。但與類Werner態(tài)的糾纏直接測(cè)量方案不同的是,這里僅需進(jìn)行一次輔助光子的符合測(cè)量便可以精確得到該量子態(tài)的糾纏并發(fā)度,這使得量子點(diǎn)電子自旋Collins-Gisin態(tài)的糾纏直接測(cè)量方案簡(jiǎn)單易行。
【圖文】：

的直接測(cè)量方案逡逑３．１腔－量子點(diǎn)系統(tǒng)中輔助光子與電子自旋的相互作用原理逡逑考慮將帶一個(gè)單電荷的量子點(diǎn)嵌入一個(gè)雙面腔中（如圖１所示），由于量子逡逑點(diǎn)在其生長(zhǎng)方向的受限勢(shì)比其橫向要強(qiáng)，我們定義其生長(zhǎng)方向?yàn)椋幼踊S也就是逡逑Ｚ軸方向［３４．４４】。當(dāng)激光脈沖通過(guò)任何一個(gè)雙腔反射鏡注入到腔中時(shí)，適當(dāng)?shù)墓忮义蠈W(xué)激發(fā)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)包含著兩個(gè)電子和一個(gè)空穴的帶負(fù)電荷的激子Ｘ、根據(jù)泡利逡逑不相容原理，如果量子點(diǎn)所帶電子處在狀態(tài)｜邋＋邋）＾邋＝邋｜１，那么逆著Ｚ軸傳播的逡逑左旋圓偏振光（｜＆丨）與沿著Ｚ軸傳播的右旋圓偏振光（｜NB＞）會(huì)被共振吸收，逡逑并且產(chǎn)生一個(gè)處于狀態(tài)的激子Ｘ、反之，如果量子點(diǎn)所帶電子處在狀態(tài)逡逑，則沿著２軸傳播的左旋圓偏振光與逆著２軸傳播的右旋圓偏振光逡逑會(huì)被共振吸收，并且產(chǎn)生一個(gè)處于狀態(tài)的激子；ｒ邋（如圖２所示）。這里，逡逑Ｉ■＾與１４代表空穴自旋態(tài)

逡逑如圖３所示，處于左反圓偏振的輔助光子自腔１的上端面入射到腔中并與量逡逑子點(diǎn)１發(fā)生相互作用。根據(jù)（３．１）式中的演化規(guī)則，整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)演化為：逡逑ｌ＾）Ｉ？ｉｌ？｜ｚｉ）＾ａ２｜ｎｎ）｜ｉ？ｔ）＋＾｜ｔｍ）｜／？ｒ）逡逑．邐士邐（３．８）逡逑Ｚ邋ａｘｉｓ邐丨、逡逑▲邐ｌＬ）逡逑Ｉｎｐｕｔ逡逑Ｉ逡逑ｉ逡逑ｊ逡逑＼逡逑ｉ逡逑邐邋ｉ逡逑ｉ逡逑ｉ逡逑？…－ａ－Ｌ，逡逑Ｓｐｉｎ邋１邐：邐Ｓｐｉｎ邋２逡逑Ｔ邐ｉ邐ｂ＝ｄ逡逑Ｖ邋！邐Ｉ邐ｆ逡逑ｋ￣＞ｌ邐｜邐ｋ—＞１逡逑邐煮逡逑Ｓｐｉｎ邋３邋ｉ邐Ｓｐｉｎ邋４逡逑ｈ－Ｈ邐｜邐ｔｊｚｄ逡逑ｙ逡逑Ａ邐ｂ逡逑Ｃａｖｉｔｙ邋１邐Ｃａｖｉｔｙ邋３邐Ｃａｖｉｔｙ邋２邐Ｃａｖｉｔｙ邋４逡逑圖３：腔－量子點(diǎn)系統(tǒng)中兩電「？自旋特殊純態(tài)糾纏的直接測(cè)量方案示意圖。Ｃａｖｉｔｙｌ，邋Ｃａｖｉｔｙ２，，邋Ｃａｖｉｔｙ３，逡逑Ｃａｖｉｔｙ４分別是四個(gè)雙面腔。小黑圓點(diǎn)代表帶一個(gè)自旋電子的量子點(diǎn)。Ｉｎｐｕｔ為／＾＞光＿丨＇？輸入端口。／＾和逡逑￡？２為光子探測(cè)器－Ａ，邋Ｂ分５；１代表Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ兩個(gè)不同的用戶。逡逑ＦＩＧ邋３：邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｆｏｒ邋ｄｉｒｅｃｔｌｙ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉａｌ邋ｔｗｏ－ｓｐｉｎ邋ｐｕｒｅ邋ｓｔａｔｅ．邋Ｃａ＼邋ｉｔｙ邋Ｉ，逡逑Ｃａｖｉｔｙ邋２
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O413

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6 上官t煼

本文編號(hào)：2605673