【摘要】：量子信息科學(xué)是利用量子力學(xué)的基本原理來實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典信息技術(shù)的解決信息處理問題的一門科學(xué)。量子科學(xué)中發(fā)展起來的技術(shù)同時(shí)也為量子力學(xué)中基本原理的研究提供了方法。在眾多量子信息的物理實(shí)現(xiàn)體系中,光子體系由于具可精確操控和長(zhǎng)時(shí)間相干保持等特性,是一種有巨大前景的物理體系。本文中,我們研究了基于自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的量子光源和線性光學(xué)元件的量子實(shí)驗(yàn)技術(shù)。本文介紹了基于線性光學(xué)的量子態(tài)的制備、演化和測(cè)量技術(shù)。本文包含基于相應(yīng)技術(shù)的量子信息處理過程的物理實(shí)現(xiàn)和量子力學(xué)基本原理驗(yàn)證這兩大方面的工作。本文實(shí)現(xiàn)了包括量子模擬和量子計(jì)算在內(nèi)的多個(gè)量子信息處理過程。我們制備了雙光子偏振糾纏態(tài)并成功地模擬了Ising自旋鏈基態(tài)的動(dòng)力學(xué)行為,為未來量子信息科學(xué)與凝聚態(tài)物理的結(jié)合打下了基礎(chǔ)。我們制備了單光子偏振和路徑混合編碼的高維量子態(tài),并通過高維矩陣的分解實(shí)現(xiàn)了基于連續(xù)時(shí)間量子行走的搜尋中心算法,為基于單光子高維量子演化實(shí)驗(yàn)提供了明確的途徑。我們實(shí)現(xiàn)了非幺正的離散時(shí)間分步量子行走,并且直接測(cè)量到了系統(tǒng)的拓?fù)鋽?shù)、觀測(cè)到了邊界態(tài)、研究了拓?fù)湫再|(zhì)對(duì)微小微擾的魯棒性,為后續(xù)研究非幺正量子動(dòng)力學(xué)過程中的拓?fù)湫再|(zhì)奠定了基礎(chǔ)。我們實(shí)現(xiàn)了雙光子偏振量子比特空間的排序操作并成功地演示了通過量子算法實(shí)現(xiàn)比經(jīng)典算發(fā)更快地判斷排序的宇稱性質(zhì),為其他基于多光子的量子研究提供了方法。本文研究了量子力學(xué)中的互文性及其與非定域性的關(guān)系。我們通過量子比特旋轉(zhuǎn)和雙值部分投影測(cè)量的組合實(shí)現(xiàn)了不擴(kuò)展量子比特系統(tǒng)維度的正算子測(cè)量,并在單光子偏振量子比特系統(tǒng)中觀測(cè)到了廣義互文性不等式的違背,從而嚴(yán)格地在最小量子體系中觀測(cè)到了互文性的存在,也為大量需要正算子測(cè)量的應(yīng)用提供了全新的方法。我們制備了編碼在單光子偏振和路徑自由度上的三能級(jí)體系,并通過對(duì)量子態(tài)的基旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了不同上下文中兩個(gè)測(cè)量的同時(shí)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了互文性熵不等式的違背,從而首次以熵的形式確定了局域系統(tǒng)中的互文性關(guān)系,且首次在局域系統(tǒng)中觀測(cè)到了信息的虧損,為研究量子力學(xué)與互文性實(shí)在論之間的矛盾點(diǎn)亮了新的曙光。我們制備了一個(gè)二維體系與三維體系糾纏的復(fù)合體系來研究量子非定域性,同時(shí)又可以利用其中的三維子體系研究互文性。實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量-本征態(tài)重新制備-測(cè)量的方式實(shí)現(xiàn)了該三維體系中兩個(gè)測(cè)量的先后測(cè)量,并通過對(duì)Bell不等式和KCBS不等式的測(cè)量觀測(cè)到了量子系統(tǒng)中非定域性與互文性之間的強(qiáng)單婚性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果意味著可能存在一種更基本的量子資源,而量子糾纏只是這種資源的一種特殊形式,同時(shí)也為進(jìn)一步的研究這種更基本的量子資源提供了方案。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O413
【圖文】：

[48]。例如，波片可以對(duì)光子的偏振進(jìn)行操作（見圖1.1）。當(dāng)光子的水平和垂直偏振的量子態(tài)分別表示為向量形式(1, 0)T和 (0,1)T時(shí)，半波片（half-wave plate）對(duì)偏振比特的幺正操作可以表示為 2×2的幺正矩陣cos2θhsin2θhsin2θh cos2θh, (1.1)其中，θh為半波片光軸與水平方向夾角的角度；四分之一波片（quarter-wave plate）對(duì)6

J) 為磁場(chǎng)強(qiáng)度與耦合強(qiáng)度的比值。圖2.1中所示的能譜顯示了 Ising 自旋鏈的基態(tài)特征。在強(qiáng)場(chǎng)條件下，體系的基態(tài)為直積態(tài)，而當(dāng)弱場(chǎng)情況下，體系的基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲蠹m纏態(tài)。通過改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，可以觀察到體系的基態(tài)的變化。我們實(shí)驗(yàn)?zāi)M了兩自旋 Ising 模型的基態(tài)演化。實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是在真實(shí)的物理系統(tǒng)（光子）中模擬 Ising 自旋鏈并觀測(cè)到基態(tài)的變化。實(shí)驗(yàn)?zāi)M的基態(tài)的結(jié)果由量子態(tài)層析得到。我們用常用的 Concurrence[55]和兩自旋關(guān)聯(lián)[56] σ1zσ2z 來衡量基態(tài)的性質(zhì)。實(shí)現(xiàn)光子量子模擬的光路如圖2.2所示。如之前所描述的，波長(zhǎng)為 801.6nm 的光子的非最大糾纏|φ = cos |HH + sin |V V (2.8)13

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉薪月;;線性光學(xué)系統(tǒng)中量子信道的建立[J];信息通信;2014年06期

2 史永基;;雙激光探測(cè)新技術(shù)[J];自動(dòng)化與儀表;1987年03期

3 李靜;於亞飛;張智明;;對(duì)線性光學(xué)量子融合門的簡(jiǎn)化[J];量子光學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

4 萬洪波;葉柳;;基于線性光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子密集編碼(英文)[J];量子電子學(xué)報(bào);2010年02期

5 程實(shí)平,張鳳山,嚴(yán)義塤;一維色散線性光學(xué)系統(tǒng)輸出平面上的光譜特性[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);1998年01期

6 韓超;;基于原子系綜和線性光學(xué)器件的量子中繼[J];寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版);2017年04期

7 吳琴琴;許蘭;;Grover量子搜尋算法的線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)[J];湖南第一師范學(xué)院學(xué)報(bào);2011年04期

8 金玲芳;非接觸式三維數(shù)字化激光探測(cè)頭的線性光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];寧夏工學(xué)院學(xué)報(bào);1997年03期

9 陳麗英;陳士娟;王瑜英;王雪敏;曹林洪;吳衛(wèi)東;;PLD制備FePt:MgO薄膜的結(jié)構(gòu)及線性光學(xué)性能研究[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

10 全笑菊;;ZnS:Cu納米微粒的線性光學(xué)特性研究[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 郭娟;;利用線性光學(xué)元件產(chǎn)生連續(xù)變量量子克隆的理論研究[A];第十二屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2006年

2 李靜;於亞飛;張智明;;對(duì)線性光學(xué)量子融合門的簡(jiǎn)化[A];第十三屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年

3 張沛;彭亮;王志偉;任希鋒;柳必`F;黃運(yùn)峰;郭光燦;;利用線性光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)單比特幺正操作的完美區(qū)分[A];第十三屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2008年

4 王海波;李永民;小林孝嘉;;利用線性光學(xué)產(chǎn)生亞泊松分布量子態(tài)[A];第十二屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2006年

5 許元元;馮勛立;於亞飛;張智明;;基于線性光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)量子糾纏純化的理論研究[A];第十五屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

6 詹翔;李劍;薛鵬;;線性光學(xué)演示基于單個(gè)多維量子系統(tǒng)的量子加速[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

7 張姚;翟淑琴;楊榮國(guó);劉奎;;基于線性光學(xué)的多通道混合糾纏態(tài)的產(chǎn)生[A];第十七屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2016年

8 崔亮;趙寧波;李小英;;利用光子晶體光纖制備頻率不相關(guān)關(guān)聯(lián)光子對(duì)[A];第十五屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 記者 方夢(mèng)宇;我國(guó)量子科研獲重要進(jìn)展[N];中國(guó)教育報(bào);2017年

2 記者 王曉濤;去年我國(guó)10項(xiàng)具世界水平科學(xué)成果入選《科學(xué)發(fā)展報(bào)告》[N];中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 詹翔;基于線性光學(xué)的量子態(tài)的制備、演化及測(cè)量[D];東南大學(xué);2018年

2 王軼韜;基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子信息實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 林青;量子通信方案的線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

4 趙圓圓;基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子測(cè)量與量子關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

5 張慧星;超高速全光取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2012年

6 許小冶;基于線性光學(xué)的量子信息應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

7 龔彥曉;基于線性光學(xué)元件和光子的量子信息處理[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

8 曹冬陽(yáng);基于光與離子的量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

9 陳明城;實(shí)驗(yàn)光學(xué)量子計(jì)算[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

10 劉凱;量子計(jì)算中若干基礎(chǔ)問題的研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 閆紅玉;線性光學(xué)系統(tǒng)中的量子直接通信[D];大連理工大學(xué);2013年

2 劉蕾蕾;基于線性光學(xué)的超糾纏提取及超糾纏純化[D];北京郵電大學(xué);2016年

3 張玉波;層狀偏銻酸鹽電子結(jié)構(gòu)和線性光學(xué)性質(zhì)的理論研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

4 張婷婷;基于線性光學(xué)元件的非經(jīng)典態(tài)的制備、操控及應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2017年

5 曹文珍;線性光學(xué)系統(tǒng)中量子通訊過程的理論研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 雷振州;量子Cash in a Hat博弈及其線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

7 米絲辰;基于線性光學(xué)的超糾纏光量子比特純化研究[D];北京郵電大學(xué);2016年

8 王家明;基于線性光學(xué)下量子態(tài)的分辨[D];安徽大學(xué);2017年

9 張欣;一維及多維的量子行走及其物理實(shí)現(xiàn)[D];東南大學(xué);2017年

10 周小清;多光子糾纏態(tài)制備的線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）;2002年

本文編號(hào)：2740545