發(fā)布時(shí)間：2018-01-26 17:14

  本文關(guān)鍵詞： 量子克隆 糾纏純化 量子門 受控相位門　出處：《安徽大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文研究了用相干光脈沖作為量子通信總線實(shí)現(xiàn)分布式受控相位門、糾纏純化、量子克隆等方案。讓相干光脈沖與分布在不同位置處的量子比特之間在適合的環(huán)境中發(fā)生相位調(diào)制,具體的說就是用這個(gè)量子比特的狀態(tài)去調(diào)制相干光的相位。當(dāng)各個(gè)遠(yuǎn)程量子比特相繼的與相干光脈沖發(fā)生了相互作用后,對(duì)相干光脈沖進(jìn)行探測(cè),甚至不需要對(duì)其測(cè)量,就間接的建立起各個(gè)遠(yuǎn)程量子比特之間的相互作用,從而實(shí)現(xiàn)特定的量子信息處理任務(wù)�；谶@種方法實(shí)現(xiàn)量子信息處理的好處在于：量子信息被編碼成離散變量,因?yàn)槟壳疤岬降膶?shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的方案均是基于離散變量進(jìn)行的；而連續(xù)變量模,即相干光脈沖,扮演著量子通信總線的角色,來調(diào)控處于不同位置的量子比特之間相互作用。所謂的連續(xù)變量就是相干態(tài)的相位空間的變量。采用離散變量作為量子信息處理、連續(xù)變量作為量子信息通信,也是就說我們的量子信息處理方案結(jié)合了這兩種模式的長(zhǎng)處于一身�；趩喂庾幼鳛榱孔有畔⒌妮d體,提出了分布式受控相位門以及兩個(gè)糾纏純化方案,相干光脈沖與遠(yuǎn)程單光子比特之間的相互作用是借助光學(xué)交叉Kerr非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。這三個(gè)方案所要求的非線性強(qiáng)度比那些基于單光子與單光子之間直接執(zhí)行受控相位門的方案的要弱許多個(gè)數(shù)量級(jí)。獲取弱的交叉Kerr非線性效應(yīng)較好的選擇是在電磁感應(yīng)透明(EIT)情況下的原子系綜。在分布式受控相位門的方案中,闡述了如何用很少的量子資源去高效的實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo),該方案最大優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的消耗輔助單光子。然而,對(duì)于先前的一些方案來說,消耗兩個(gè)或多個(gè)輔助單光子是必不可少的。另外,該分布式受控相位門,無論是總成功概率還是保真度原則上均能達(dá)到1。在呈現(xiàn)的兩個(gè)簡(jiǎn)單而有效的糾纏純化方案中,基于弱的交叉Kerr非線性效應(yīng),通過用相干光脈沖作為量子通信總線實(shí)現(xiàn)糾纏純化,既不需要利用經(jīng)典通信和消耗輔助光子對(duì),也不需要通過執(zhí)行無限次迭代純化過程提高保真度。這意味著當(dāng)前的糾纏純化方案對(duì)物理資源的節(jié)約落到實(shí)處。這兩個(gè)糾纏純化方案的總成功概率和保真度原則上均可以達(dá)到100%。不需要精密的光電探測(cè)器,也不像基于線性光學(xué)的方案那樣需要借助量子受控非門。為了能夠提高被純化后的量子態(tài)的保真度,有些純化方案要求：待純化的低糾纏量子態(tài)的保真度不得低于25%,這樣的要求對(duì)于當(dāng)前的方案來說是不必要的。在實(shí)現(xiàn)量子克隆方案中,要將處于兩個(gè)分離腔中的量子比特確定性的制備成一個(gè)期望的糾纏對(duì),只需通過相干光脈沖與這兩個(gè)量子比特之間經(jīng)歷一系列的相互作用,且不需要任何隨后的測(cè)量即可實(shí)現(xiàn),其原因在于：相干光脈沖相繼的與這兩個(gè)量子比特之間發(fā)生相互作用后,自動(dòng)地與那兩個(gè)量子比特組成的子系統(tǒng)之間完全消糾纏。因此,該克隆方案可以有效的避免測(cè)量引起的誤差。此外,這種免測(cè)量特性不僅簡(jiǎn)化了克隆過程,同時(shí)也使得執(zhí)行這樣的克隆變換變得更加得快速。得益于確定性和免測(cè)量性,該量子克隆方案具有高效率、高成功概率的特點(diǎn),是優(yōu)于先前的一些方案的。與之前方案相比較,由于引入了一個(gè)受控旋轉(zhuǎn)門,使得該方案中克隆變換關(guān)系式中的系數(shù)僅是兩個(gè)三角函數(shù)的直積(雖然涉及三個(gè)旋轉(zhuǎn)角),這確保了不同類型的量子克隆可以很容易的在同一框架內(nèi)實(shí)現(xiàn),僅需調(diào)整適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)角度即可。在本文提出的分布式受控相位門、糾纏純化以及量子克隆方案中,均考慮了因相干光傳輸過程中的光子損耗引起的退相干效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)退相干效應(yīng)確實(shí)侵蝕各方案的成功概率和保真度。若要想這些方案有效的、正常的工作,必須選擇相應(yīng)參數(shù)適當(dāng)?shù)闹?例如通過控制光纖的衰減常數(shù)使光子損耗越少,各方案的成功概率和保真度就較大。此外,在分布式受控相位門以及兩個(gè)糾纏純化方案中,還引入雙交叉相位調(diào)控方法,有效地消除相位噪聲的影響。對(duì)于量子克隆方案而言,一旦知曉通信總線的損耗程度,其影響可通過增加受控平移操作的幅度來消除。
[Abstract]:In the scheme of distributed controlled phase gate , the quantum information is encoded into discrete variables . Because of the introduction of a controlled revolving door , the coefficients in the clone transformation relation in the scheme are only the direct product of the two trigonometric functions ( although it involves three rotation angles ) , which ensures that the quantum clones of different types can be easily realized in the same frame .

【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O413

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