近年來,人們對(duì)于信息傳遞的需求越來越多,各種各樣的新式媒介不斷產(chǎn)生,傳統(tǒng)的經(jīng)典通信方式具有傳播速度快、覆蓋范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn),擔(dān)負(fù)著絕大部分的信息傳遞任務(wù)。隨著科技的不斷發(fā)展,人們開始意識(shí)到傳統(tǒng)的通信方式并非絕對(duì)安全,社會(huì)迫切需要一種可以完全保密的信息傳遞手段。量子信息的出現(xiàn)解決了這一問題,由于其具有不可克隆性和疊加態(tài)原理,通過對(duì)量子信息的處理可以實(shí)現(xiàn)信息的絕對(duì)保密。量子信息處理是集物理、計(jì)算機(jī)、通信等多領(lǐng)域綜合而成一門新興學(xué)科,其利用量子力學(xué)的糾纏特性,通過制備量子糾纏態(tài)作為信息傳播的載體進(jìn)行量子通信,解決了許多經(jīng)典信息學(xué)無法處理的問題,因此在國內(nèi)外受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。作為實(shí)現(xiàn)量子通信和量子計(jì)算不可或缺的資源,在量子信息處理領(lǐng)域的研究中,糾纏態(tài)作為實(shí)現(xiàn)信息交換的媒介和載體,承載著關(guān)鍵的作用,也正因如此,研究量子糾纏態(tài)的制備和相互轉(zhuǎn)化具有非常重要的意義。目前,根據(jù)制備所用的物理體系不同,量子糾纏態(tài)的制備方式主要分為原子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、離子阱、腔量子電動(dòng)力學(xué)等。其中腔QED(腔量子電動(dòng)力學(xué))由于具有品質(zhì)因數(shù)高、模式體積小等優(yōu)點(diǎn),在糾纏制備方面發(fā)展的較為成熟。微環(huán)諧振腔(microtoroidal resonator)是一種具有高品質(zhì)因數(shù)和小模式體積的光學(xué)微腔,利用NV色心的較長相干時(shí)間特點(diǎn)和其耦合的系統(tǒng),可以進(jìn)行量子糾纏態(tài)的制備與轉(zhuǎn)化。因此,基于NV色心和MTR的耦合系統(tǒng)在量子信息處理、量子密鑰分發(fā)等領(lǐng)域均有眾多應(yīng)用。本文主要涉及以下幾個(gè)方面:本文首先提出了一種在NV色心之間制備糾纏態(tài)的方案。在該方案中,NV色心耦合至微環(huán)諧振腔(MTR)的回音壁模式(WGM)。通過利用原始的偏振光子輸入和單光子探測(cè)器的測(cè)量,NV色心將在MTR中的偏振光子的特殊輸入-輸出過程的幫助下制備為糾纏態(tài)。更重要的是,Bell和W狀態(tài)都可以通過該方案提出的光學(xué)系統(tǒng)制備。該方案為制備NV色心之間的糾纏提供了物理可行性,并可能為基于NV色心的量子信息處理(QIP)鋪平道路。其次,我們還提出了一種可以將W態(tài)轉(zhuǎn)化為GHZ態(tài)的方案。該方案是基于NV色心和微環(huán)諧振腔(MTR)耦合系統(tǒng)的CNOT門以及交叉克爾非線性關(guān)系(cross-Kerr nonlinearities)實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過理論推導(dǎo)和分析,本方案在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下具備在較高的轉(zhuǎn)化效率,可能會(huì)對(duì)量子糾纏態(tài)的制備提供一些有效的幫助。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O413
【部分圖文】：

為｜0＞態(tài)的概率，｜／５＞２是量子態(tài)？為｜１＞態(tài)的概率。在這種疊加態(tài)的表現(xiàn)形式中，逡逑量子比特與一個(gè)希爾伯特向量空間相對(duì)應(yīng)，｜０）和｜１）稱為該向量空間的基礎(chǔ)矢量。逡逑如下圖２－１所示，量子比特可以用布洛赫球表示，其中量子比特為任意由球心指逡逑向球面的向量？，０和０分別表示球面坐標(biāo)系中的方位角，故量子比特也可以用逡逑下式表示：逡逑｜＾）＝ｃｏｓ－＾｜0）邋＋ｅ，＜４邋ｓｉｎ＾｜ｌ）邐（２－２）逡逑量子比特由于具有疊加特性和量子態(tài)的不確定性，與經(jīng)典信息比特相比可以逡逑５逡逑

北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文量子糾纏是量子力學(xué)中的不可或缺的部分，也是量子信息與經(jīng)典信息最大的逡逑區(qū)別之處，正是由于它的存在，量子信息處理才能完成經(jīng)典信息處理不能實(shí)現(xiàn)的逡逑任務(wù)。用來制備量子糾纏的物理系統(tǒng)多種多樣，如光子系統(tǒng)、原子系統(tǒng)、離子系逡逑統(tǒng)［１７］、原子核系統(tǒng)［１８，１９］、光子與原子系統(tǒng)、固態(tài)系統(tǒng)［２（），２１］等。接下來重點(diǎn)介紹幾逡逑種常見的量子糾纏應(yīng)用。逡逑２．２．２量子糾纏的應(yīng)用逡逑量子糾纏的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、逡逑量子秘密分享等。本小節(jié)主要介紹量子隱形傳態(tài)和量子密集編碼兩個(gè)方面的應(yīng)用２．２．２．１量子隱形傳態(tài)逡逑量子隱形傳態(tài)［２（）＿２２］作為量子通信的經(jīng)典應(yīng)用之一，可以在不傳送量子態(tài)本身逡逑的前提下，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行量子信息的傳送。其具體過程如下圖所示：逡逑ｉｗｍｍ逡逑

本理論逡逑大家都不太熟悉，但其實(shí)金剛石早就出個(gè)別名叫“鉆石”。顧名思義，金剛石域應(yīng)用十分廣泛。但是，目前發(fā)現(xiàn)的金析氮元素是金剛石中一種常見的雜質(zhì)。陷，其構(gòu)成是由一個(gè)氮原子取代了該金子被空穴代替［２２，２３］。ＮＶ色心的這種對(duì)缺陷更加穩(wěn)固。逡逑結(jié)構(gòu)之外，ＮＶ色心還具有許多優(yōu)秀的效應(yīng)，利用這一特性可以將ＮＶ色心的電子狀態(tài)以及其在室溫下具有較長常廣泛的應(yīng)用。逡逑結(jié)構(gòu)逡逑

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