本文關(guān)鍵詞：量子糾纏濃縮和量子路由器研究

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【摘要】：量子信息處理是一門橫跨物理學與信息科學的交叉學科,為人們提供了全新的處理信息的手段和方法。量子糾纏在量子通信與量子計算領(lǐng)域中都扮演著極其重要的角色,已廣泛應用于量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分發(fā)、量子安全直接通信等領(lǐng)域。然而,由于量子態(tài)的脆弱性,在實際應用中不可避免的要與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用而產(chǎn)生退相干。退相干會使得最大糾纏態(tài)退化為部分糾纏態(tài)甚至是混合態(tài),這將嚴重影響量子通信及量子計算的質(zhì)量與效率。糾纏濃縮就是將部分糾纏態(tài)通過局域操作和經(jīng)典通信恢復到最大糾纏態(tài)的一種方法。Concatenated Greenberger-Horne-Zeilinger(C-GHZ)態(tài)是在Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種具有高容錯性的量子態(tài)。C-GHZ態(tài)實際上是一種邏輯比特糾纏態(tài),廣泛應用于量子高精度測量、量子容錯計算、量子分布式網(wǎng)絡及其它量子通信及量子計算中。本文首先對幾種經(jīng)典的糾纏濃縮模型進行簡單的介紹,在此基礎(chǔ)上,介紹本文的研究工作:一、提出基于控制非門(CNOT門)的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮模型。這是第一個關(guān)于邏輯比特糾纏的濃縮方案。本方案分別討論了兩種情形下如何具體的進行糾纏的濃縮。本文將該方案推廣到任意形式C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮中。本方案還可實現(xiàn)循環(huán)濃縮逐步提高濃縮的成功概率。二、提出在線性光學中,使用極化分束器PBS及光子探測器來實現(xiàn)部分糾纏C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮。本方案中使用的全部器件均為線性光學器件在現(xiàn)實條件下可進行實驗的驗證。本方案同樣可應用于濃縮任意形式的C-GHZ態(tài)。三、提出針對糾纏相干態(tài)的糾纏濃縮方案。本文首先使用簡單糾纏相干態(tài)分析濃縮過程,并進一步將該方案推廣到多模糾纏相干態(tài)的糾纏濃縮中。本文的另一個研究重點是量子路由器。量子路由器是量子通信中的一個非常重要的器件。它是構(gòu)建量子通信網(wǎng)絡的必備器件,是量子網(wǎng)絡中的關(guān)鍵節(jié)點。本文首先對經(jīng)典的量子路由器的構(gòu)建模型進行分析和總結(jié)。然后,本文提出具體可行的基于線性光學的多端口量子路由器的構(gòu)造方案。
【關(guān)鍵詞】：量子信息處理 級聯(lián)Greenberger-Horne-Zeilinger態(tài) 糾纏相干態(tài) 糾纏濃縮 量子路由器
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN918;O413
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 本文的主要工作及內(nèi)容安排10-12
• 第二章 經(jīng)典糾纏濃縮及量子路由器模型12-27
• 2.1 量子態(tài)與量子糾纏12
• 2.2 經(jīng)典糾纏濃縮方案介紹12-17
• 2.2.1 基于Schmidt投影的糾纏濃縮方案13-14
• 2.2.2 基于線性光學的未知量子態(tài)的糾纏濃縮方案14-15
• 2.2.3 基于單粒子輔助的糾纏濃縮方案15-17
• 2.3 量子路由器構(gòu)造方案17-26
• 2.3.1 基于線性光學的可編程量子路由器17-19
• 2.3.2 基于線性光學的資源節(jié)約型量子路由器19-23
• 2.3.3 可調(diào)諧相位門改進的資源節(jié)約型量子路由器23-25
• 2.3.4 資源節(jié)約型的多比特量子路由器25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 基于CNOT門的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮27-41
• 3.1 引言27-28
• 3.2 未知系數(shù)的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮28-32
• 3.3 已知糾纏系數(shù)C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮32-35
• 3.3.1 單邏輯比特輔助的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮32-34
• 3.3.2 單物理比特輔助的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮34-35
• 3.4 任意C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮35-37
• 3.5 C-GHZ態(tài)的循環(huán)濃縮37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 基于線性光學的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮41-57
• 4.1 引言41
• 4.2 未知系數(shù)的C-GHZ態(tài)糾纏濃縮41-50
• 4.2.1 當m=N=2 時的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮41-44
• 4.2.2 當m=3、N=2 時的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮44-47
• 4.2.3 任意m、N的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮47-50
• 4.3 已知系數(shù)的C-GHZ態(tài)糾纏濃縮50-56
• 4.3.1 當m=N=2 時的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮50-52
• 4.3.2 當m=3、N=2 時的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮52-54
• 4.3.3 任意m、N的C-GHZ態(tài)的糾纏濃縮54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 糾纏相干態(tài)的糾纏濃縮57-62
• 5.1 引言57
• 5.2 未知糾纏相干態(tài)的糾纏濃縮57-59
• 5.3 單相干態(tài)輔助的糾纏濃縮59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-62
• 第六章 基于線性光學的級聯(lián)型多端口量子路由器62-72
• 6.1 引言62
• 6.2 兩端口量子路由器62-63
• 6.3 多級級聯(lián)量子路由器63-66
• 6.4 利用可調(diào)諧相位門改進的多端口量子路由器66-69
• 6.5 多比特多級量子路由器69-70
• 6.6 本章小結(jié)70-72
• 第七章 總結(jié)與展望72-75
• 7.1 內(nèi)容總結(jié)72-74
• 7.2 研究展望74-75
• 參考文獻75-79
• 附錄1 攻讀碩士學位期間撰寫的論文79-80
• 致謝80

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