本文選題：cluster糾纏態(tài) + 單向量子計(jì)算��； 參考：《山西大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：量子信息科學(xué)是量子力學(xué)、信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而發(fā)展起來的的一門新興學(xué)科,是國際研究的前沿領(lǐng)域。量子信息基于量子特性而具有獨(dú)特的信息功能,在提高運(yùn)算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測(cè)精度等方面可以突破現(xiàn)有的經(jīng)典信息系統(tǒng)的極限。量子信息主要包括量子通信與量子計(jì)算兩大研究方向。量子計(jì)算在解決某些計(jì)算難題方面具有經(jīng)典計(jì)算無法替代的優(yōu)勢(shì)。最初,量子計(jì)算研究主要集中在基于量子比特的分離變量領(lǐng)域。然后,隨著以光場(chǎng)正交分量為基礎(chǔ)的連續(xù)變量量子信息處理系統(tǒng)的快速發(fā)展,連續(xù)變量量子計(jì)算也從理論探討進(jìn)入實(shí)驗(yàn)研究階段。連續(xù)變量量子計(jì)算在某些方面具有一些優(yōu)勢(shì),可以比較有效的模擬連續(xù)變化的量子系統(tǒng)。連續(xù)變量多組份糾纏態(tài)光場(chǎng)是量子計(jì)算和量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要資源之一�；诙嘟M份糾纏態(tài)的單向量子計(jì)算是一種重要的量子計(jì)算方式。量子邏輯門和量子誤差修正是量子計(jì)算中的重要環(huán)節(jié)。我們研究組以連續(xù)變量多組份糾纏態(tài)光場(chǎng)為量子資源,開展了量子邏輯門序列和量子誤差修正方面的研究工作。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：1.單模壓縮操作和傅立葉變換操作是連續(xù)變量量子計(jì)算領(lǐng)域中的兩個(gè)基本邏輯操作。我們利用Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)雙模糾纏態(tài)光場(chǎng),以一種更簡(jiǎn)單,更有效的方案實(shí)現(xiàn)了這些基本量子邏輯操作。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明,我們所提出的方案不僅在數(shù)量上最大程度地降低了對(duì)量子資源態(tài)的要求,而且在相同的資源條件下增強(qiáng)了輸出模式的壓縮度和保真度。這種利用雙模糾纏態(tài)光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)邏輯操作的方法可以作為基本計(jì)算單元應(yīng)用在以后的大規(guī)模量子計(jì)算中。2.利用cluster糾纏態(tài)作為量子資源的單向量子計(jì)算是一種高效的量子計(jì)算模式。我們以連續(xù)變量六模cluster糾纏態(tài)作為量子資源,第一個(gè)完成了連續(xù)變量量子邏輯門序列的實(shí)驗(yàn)演示,它是由一個(gè)單模壓縮操作和一個(gè)雙模受控位相門組成的門序列。這個(gè)門序列的輸出模式保真度和兩個(gè)輸出模式之間的糾纏度等量子特性在實(shí)驗(yàn)上得到了驗(yàn)證,輸出模式之間的糾纏既依賴于壓縮門也依賴于受控位相門,其序列作用得到證實(shí)。我們提出的門序列方案可以擴(kuò)展至更多邏輯門組合,用以執(zhí)行通用高斯計(jì)算。3.量子誤差修正能夠保護(hù)量子態(tài)在量子通信和量子計(jì)算過程中不受噪聲和退相干作用的影響,這使得我們能夠執(zhí)行容錯(cuò)的量子信息處理。我們實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)單一隨機(jī)誤差的五波包結(jié)構(gòu)編碼方式的量子誤差修正。我們采用的五編碼通道是五模連續(xù)變量的糾纏態(tài)光場(chǎng)。特別是,在我們的編碼方案中,輸入態(tài)的信息僅僅被編碼在五個(gè)傳輸通道的其中三個(gè)上,因此在剩余的兩個(gè)通道上引入的任何錯(cuò)誤將不會(huì)影響輸出態(tài)的結(jié)果,即輸出量子態(tài)對(duì)來自這兩個(gè)信道上的錯(cuò)誤有免疫功能。我們分別采用真空態(tài)和壓縮態(tài)光場(chǎng)作為輸入信號(hào),驗(yàn)證了任意的單通道誤差的量子誤差修正過程,輸出態(tài)的保真度超過了相應(yīng)的經(jīng)典極限。所完成的研究工作創(chuàng)新之處如下：1.利用光學(xué)模的EPR糾纏源實(shí)現(xiàn)了連續(xù)變量單模高斯操作——單模壓縮操作和傅立葉變換,簡(jiǎn)化了操作方案,節(jié)省了量子資源。2.利用六模cluster糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)了包含一個(gè)壓縮門和一個(gè)受控位相門的量子邏輯門序列,為實(shí)現(xiàn)包含多個(gè)邏輯門組合的復(fù)雜量子計(jì)算系統(tǒng)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。3.基于五模糾纏態(tài)光場(chǎng),采用部分編碼方式,實(shí)現(xiàn)了緊湊高效的連續(xù)變量五波包編碼量子誤差修正方案。
[Abstract]:Quantum information science is a new discipline developed by the combination of quantum mechanics , information science and computer science .

【學(xué)位授予單位】：山西大學(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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本文編號(hào)：1768612