本文選題：量子信息　切入點(diǎn)：量子計(jì)算　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：量子信息是量子物理和信息科學(xué)交叉結(jié)合所產(chǎn)生的新學(xué)科,具有經(jīng)典信息學(xué)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和前景,同時(shí)也為重新認(rèn)識(shí)和理解量子理論提供了新的途徑,在近些年迅速發(fā)展為學(xué)術(shù)界的重要研究熱點(diǎn)之一。非定域性是量子物理最具爭(zhēng)議的重要特性。自從貝爾不等式提出以來(lái),在各種條件下檢驗(yàn)量子糾纏非定域關(guān)聯(lián)的努力就從未停止。作為邁向量子力學(xué)非定域性終極檢驗(yàn)的重要一步,將量子糾纏源搭載在人造衛(wèi)星上,使得糾纏光子對(duì)能被分別發(fā)往地面上相距超過(guò)千公里的兩個(gè)地點(diǎn),驗(yàn)證量子糾纏態(tài)在星地大尺度下是否依然能保持其非定域關(guān)聯(lián)特性。本人參與研制世界上首個(gè)星載量子糾纏源。該量子糾纏源需要能承受衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)、在軌期間惡劣的輻射和溫度環(huán)境以及長(zhǎng)期無(wú)人維護(hù)的考驗(yàn),同時(shí)滿足對(duì)重量、體積的苛刻要求。為此,我們發(fā)展了一套可靠的光機(jī)集成方案,配合高精度裝校和高效率單模光纖耦合技術(shù),將傳統(tǒng)的基于Sagnac干涉環(huán)的參量下轉(zhuǎn)換量子糾纏源集成化、工程化。最終,該量子糾纏源每秒可產(chǎn)生高達(dá)8 ×116對(duì)糾纏光子對(duì),保真度超過(guò)95%。該量子糾纏源作為"墨子"號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的主要載荷之一,于2016年8月16日發(fā)射入軌。在軌測(cè)試數(shù)據(jù)表明該量子糾纏源性能正常,可以開(kāi)展德令哈-麗江地面站、德令哈-南山地面站之間的千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展星載量子糾纏源的裝校工藝,我們將熔融石英材質(zhì)的光學(xué)器件直接粘接在熔融石英基底上以實(shí)現(xiàn)具有極高穩(wěn)定性和極低損耗的干涉儀陣列,并用于量子點(diǎn)單光子源的玻色采樣演示中。量子點(diǎn)單光子源具有很高的亮度和很好的單光子性,但是獨(dú)立源之間的干涉仍然困難。為了得到玻色采樣需要的全同多光子光源,我們使用泡克爾盒陣列和長(zhǎng)度精確調(diào)節(jié)的延時(shí)光纖將一個(gè)單光子脈沖序列切為若干個(gè)同步的脈沖序列。由于目前泡克爾盒的重復(fù)頻率遠(yuǎn)低于單光子脈沖的重復(fù)頻率,脈沖序列按組切分。最終,我們演示了 5光子/9模式的玻色采樣,采樣率是先前其他研究組最好結(jié)果的24,000倍,超越第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)(ENIAC)1～2個(gè)量級(jí)。我們?yōu)椴Ｉ蓸友兄频呐菘藸柡嘘嚵幸脖粦?yīng)用在演示全新的量子密鑰分發(fā)協(xié)議(RRDPS-QKD)中,其對(duì)誤碼率的容忍最高可達(dá)50%;改進(jìn)的粘接工藝可用于制造更穩(wěn)定和緊湊的光學(xué)設(shè)備,為未來(lái)量子星座天地組網(wǎng)做技術(shù)儲(chǔ)備。
[Abstract]:Quantum information is a new subject produced by the combination of quantum physics and information science. It has the advantages and prospects that classical informatics cannot compare, and it also provides a new way to reunderstand and understand quantum theory.In recent years, it has become one of the important research hotspots in academic circles.Nonlocality is one of the most controversial and important properties of quantum physics.Since Bell's inequality was put forward, the efforts to test the delocalization of quantum entanglement under various conditions have never stopped.As an important step towards the ultimate test of nonlocality in quantum mechanics, the quantum entangled source is mounted on an artificial satellite, so that the entangled photon pairs can be sent to two locations on the ground more than 1,000 kilometers apart.It is verified whether the quantum entangled state can maintain its nonlocal correlation at large scale.I participated in the development of the world's first spaceborne quantum entanglement source.The quantum entangled source should be able to withstand the strong vibration during satellite launch, the harsh radiation and temperature environment during orbit and the long-term unmaintained test, and meet the harsh requirements of weight and volume at the same time.For this reason, we have developed a reliable optical machine integration scheme, which integrates the traditional parametric down-conversion quantum entanglement source based on Sagnac interferometer and works with high-precision calibration and high-efficiency single-mode fiber coupling technology.Finally, the quantum entanglement source can produce up to 8 脳 116 pairs of entangled photon pairs per second, and the fidelity exceeds 95 pairs.As one of the main payloads of Mozi, the quantum entanglement source was launched into orbit on August 16, 2016.The in-orbit data show that the quantum entanglement source is normal and can be used for the quantum entanglement distribution experiments between Delingha-Lijiang earth station and Delingha-Nanshan earth station.By further improving the calibration process of spaceborne quantum entanglement sources, we directly bonded the fused quartz optical devices onto the fused quartz substrate to achieve a very high stability and very low loss interferometer array.It is also used in the boson sampling demonstration of quantum dot single photon source.Quantum dot single photon source has high brightness and good single photon property, but the interference between independent sources is still difficult.In order to obtain the fully identical multiphoton light source for boson sampling, we use the bubble Kerr cell array and the precisely adjusted delay fiber to cut a single photon pulse sequence into several synchronous pulse sequences.Because the repetition rate of the bubble Kerr cell is much lower than that of the single photon pulse, the pulse sequence is segmented into groups.Finally, we demonstrated Bose sampling in the 5 photon / 9 mode at a sampling rate of 24000 times that of the previous best results of other research groups, exceeding the first computer, ENIAC, by 1 to 2 orders of magnitude.The bubble cell array we developed for Bose sampling has also been used to demonstrate a new quantum key distribution protocol RRDPS-QKD, which can tolerate up to 50 bit error rates; the improved bonding process can be used to make more stable and compact optical devices.For the future of the quantum constellation of heaven and earth network to do the technical reserve.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V447;O413

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本文編號(hào)：1706908