【摘要】：量子信息學(xué)是量子物理和信息科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科,發(fā)展至今三十余年,已證實(shí)了在某些問題上,量子信息相對(duì)于經(jīng)典信息擁有巨大的優(yōu)勢,其中,理論上無條件安全的量子保密通信和指數(shù)量級(jí)加速的量子計(jì)算等更是使用經(jīng)典信息手段無法實(shí)現(xiàn)的。全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)是研究量子基礎(chǔ)理論和應(yīng)用量子信息技術(shù)的重要平臺(tái)。在全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的圖景里,量子比特和量子糾纏作為基本資源,在量子隱形傳態(tài)和量子糾纏交換的輔助下,完成量子中繼,實(shí)現(xiàn)任意節(jié)點(diǎn)之間的安全信息傳輸、分布式量子計(jì)算和高精度量子測量目標(biāo)。本論文的內(nèi)容主要介紹圍繞光纖量子網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)問題的研究工作。量子網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)意味著復(fù)雜的物理過程和量子特性,本論文首先針對(duì)簡單的量子網(wǎng)絡(luò)單元—量子糾纏交換,對(duì)其中蘊(yùn)涵的量子非二元定域性進(jìn)行研究。在局域隱變量模型中,當(dāng)糾纏源相互獨(dú)立時(shí),可以合理地假設(shè)每個(gè)糾纏源對(duì)應(yīng)著一個(gè)隱變量,瑞士科學(xué)家Gisin研究組基于這個(gè)假設(shè)提出了具體的二元定域性不等式。我們?cè)谥袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院建立了一個(gè)五節(jié)點(diǎn)的量子糾纏交換網(wǎng)絡(luò),在滿足獨(dú)立糾纏源要求、關(guān)閉局域漏洞、實(shí)現(xiàn)獨(dú)立基矢測量的條件下,以高破壞量違背了該二元定域不等式,證明了量子糾纏交換體系下的量子非二元定域性。這不僅是量子基礎(chǔ)研究,還有望為量子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)作用,并在器件無關(guān)量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器和器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)中有潛在應(yīng)用。量子計(jì)算是量子信息的重要部分。由于在量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展初期,系統(tǒng)復(fù)雜且耗資巨大,類似經(jīng)典計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢,必將僅大型企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)能夠擁有量子計(jì)算機(jī),普通用戶則可基于量子網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),利用盲量子計(jì)算技術(shù)委托不信任的第三方進(jìn)行量子計(jì)算任務(wù)。本論文的第二個(gè)工作則是提出了基于誘騙態(tài)的盲量子計(jì)算協(xié)議,并采用光子實(shí)驗(yàn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了包括誘騙態(tài)和極化態(tài)的24種態(tài)的隨機(jī)調(diào)制,使用獨(dú)立弱相干光源和糾纏源,對(duì)該協(xié)議中的關(guān)鍵一步—量子非破壞測量—進(jìn)行了 100 km的實(shí)驗(yàn)演示。這項(xiàng)工作是安全的量子云計(jì)算的重要基石,有望推動(dòng)通用盲量子計(jì)算的發(fā)展。在現(xiàn)實(shí)條件下,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、基于獨(dú)立糾纏源的量子糾纏交換對(duì)未來發(fā)展量子網(wǎng)絡(luò)將起到重要的參考價(jià)值。本文第三個(gè)工作介紹了我們?cè)诤戏食怯蚬饫w網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了總長為103 km的損耗高達(dá)29 dB的基于空間獨(dú)立糾纏源的量子糾纏交換實(shí)驗(yàn)。針對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,我們發(fā)展了一系列反饋技術(shù);為提高系統(tǒng)計(jì)數(shù)率,我們采用了重復(fù)頻率為1 GHz的sequential time-bin糾纏源。該項(xiàng)工作充分顯示了構(gòu)建大尺度量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)想的可行性,同時(shí)有助于研究者在此基礎(chǔ)之上挖掘更深層次的量子物理、量子信息方面的研究內(nèi)容;此外,該實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)展的一系列自動(dòng)反饋控制技術(shù)將有力推進(jìn)量子信息技術(shù)的發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O413;TN918
【圖文】：

邐（２．５）逡逑０和０可定義三維球面上的一點(diǎn)，我們將這個(gè)球稱作布洛赫球（Ｂｌｏｃｋ邋ｓｐｈｅｒｅ），逡逑如圖２．１所示，它可以更為直觀地表示量子比特對(duì)應(yīng)的量子態(tài)，其中，兩個(gè)極點(diǎn)逡逑分別對(duì)應(yīng)量子態(tài)｜0〉和｜１〉。在量子計(jì)算和量子信息的研宄中，布洛赫球是分析逡逑單量子比特操作的常用手段。球面上的點(diǎn)均為純態(tài)，球內(nèi)的點(diǎn)表示混態(tài)。逡逑１0）．逡逑１０逡逑圖２．１布洛赫球。逡逑以上是在數(shù)學(xué)上對(duì)量子比特的描述，那么在物理上如何構(gòu)建量子態(tài)呢？實(shí)際逡逑上，光子，冷原子，超導(dǎo)量子線路等均可作為量子比特的物理載體。其中，光子逡逑作為“飛行的量子比特”，具有易制備、易操控，易傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，同時(shí)，可以利用逡逑現(xiàn)Q嚨募す饌ㄐ�，光险b諾籃途涔饌ㄐ胖械牡髦萍際醯齲虼斯庾釉諏孔有畔㈠義現(xiàn)兇魑孔穎忍卦靨逵τ霉惴骸９庾泳哂卸喔觶劣啥齲緶肪�，角动量，自旋辶x系

本文編號(hào)：2773054