【摘要】：量子信息科學(xué)以量子力學(xué)基本原理為基礎(chǔ),利用量子系統(tǒng)的特性,包括量子糾纏、量子并行、量子不可克隆等,對(duì)信息進(jìn)行編碼、傳輸和計(jì)算,在運(yùn)算速度、信息容量、檢測(cè)精度和信息安全等方面突破經(jīng)典極限,具有良好的應(yīng)用前景,對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用。量子態(tài)的制備和操控是開(kāi)展量子信息研究的基礎(chǔ)。在制備量子態(tài)的基礎(chǔ)上,采用相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)量子態(tài)進(jìn)行操控和測(cè)量,即可實(shí)現(xiàn)量子信息處理。量子態(tài)多種多樣,例如:單光子態(tài)、糾纏光子對(duì)、壓縮態(tài)光場(chǎng)、糾纏態(tài)光場(chǎng)等。不同的量子態(tài)有不同的應(yīng)用,能夠完成不同的量子信息處理任務(wù)。薛定諤貓態(tài)是一種相干疊加態(tài),在探索基本物理問(wèn)題方面(例如Bell不等式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、探索量子世界和經(jīng)典世界的邊界等)具有重要的科學(xué)意義。同時(shí),薛定諤貓態(tài)是一種重要的量子資源,在量子計(jì)算、量子測(cè)量等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。我們開(kāi)展了光學(xué)薛定諤貓態(tài)制備和幅度操控的實(shí)驗(yàn)研究,為基于光學(xué)薛定諤貓態(tài)的量子信息處理奠定了基礎(chǔ)。量子導(dǎo)引(Quantum steering)是介于量子糾纏和貝爾非定域性之間的特殊量子關(guān)聯(lián),具有天然不對(duì)稱性,為量子信息的進(jìn)一步發(fā)展提供了量子資源。量子信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建在量子信息科學(xué)發(fā)展中具有十分重要的地位,那么如何構(gòu)建量子導(dǎo)引網(wǎng)絡(luò)呢?我們將糾纏交換技術(shù)應(yīng)用于量子導(dǎo)引,使兩個(gè)局域量子網(wǎng)絡(luò)之間建立量子導(dǎo)引,構(gòu)成廣域量子網(wǎng)絡(luò),為利用量子導(dǎo)引進(jìn)行量子通信提供參考。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.我們利用外腔倍頻的方法產(chǎn)生397.5 nm倍頻光,為光學(xué)參量放大器提供了泵浦光。實(shí)驗(yàn)中分別采用PPKTP和LBO兩種非線性晶體,獲得了高效的倍頻光輸出。并利用光學(xué)參量放大器,在泵浦功率為120 mW時(shí),獲得了壓縮度為-6 dB的單模壓縮真空態(tài),這是目前報(bào)道的795 nm波段最大的壓縮度。2.實(shí)驗(yàn)采用從壓縮真空態(tài)中減去一個(gè)光子的方法,制備了小尺度的光學(xué)薛定諤貓態(tài)。然后利用第二個(gè)光學(xué)參量放大器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)貓態(tài)幅度的確定性放大和操控,獲得了尺度達(dá)到2.07的光學(xué)薛定諤貓態(tài),為光學(xué)薛定諤貓態(tài)在量子計(jì)算和精密測(cè)量等方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。3.我們將高斯糾纏交換的方案應(yīng)用于高斯量子導(dǎo)引。理論分析了兩個(gè)空間獨(dú)立、無(wú)直接相互作用的EPR糾纏態(tài)進(jìn)行導(dǎo)引交換的可行性,并將此方案推廣到了兩個(gè)高斯多組份糾纏態(tài)。此方法可以用于構(gòu)建大尺度多組份量子導(dǎo)引網(wǎng)絡(luò),為利用量子導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)通信提供了參考。所完成的研究工作創(chuàng)新之處如下:1.實(shí)驗(yàn)制備了795 nm的光學(xué)薛定諤貓態(tài),并利用第二個(gè)光學(xué)參量放大器,首次獲得了最大尺度為2.07的放大貓態(tài),實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)薛定諤貓態(tài)幅度的確定性操控。2.首次將糾纏交換技術(shù)推廣到量子導(dǎo)引,提出了兩組份和多組份量子導(dǎo)引交換方案。
【圖文】：

s。圖2.1 真空態(tài)和壓縮真空態(tài)(-3dB)的Wigner函數(shù)圖 2.1 分別給出真空態(tài)和壓縮真空態(tài)的 Wigner 函數(shù)和在相空間的投影。不同于真空態(tài)，壓縮真空態(tài)沿著相空間的一個(gè)軸被壓縮，，并沿著與其正交的軸被反壓縮。2.4.3 雙模壓縮真空態(tài)雙模壓縮真空態(tài)也是重要的高斯態(tài)，被定義為

光學(xué)薛定諤貓態(tài)幅度操控和量子導(dǎo)引交換面依次給出 Fock 的定義式、波函數(shù)表示形式和 Wigner 函數(shù)形式( )= 0!nann( )( )221 21=2 ! in xnnn x e H x en( )( )( )( )2 22 21, = 2 2 nx pnnW x p e L x p n 是厄密多項(xiàng)式。2.2是給出了光子數(shù)為1和2對(duì)應(yīng)的Wigner函數(shù)和在相空間的投影。從可以看出 Fock 態(tài)的邊緣分布不依賴于相位。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O431.2

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