本文選題：光學(xué)系統(tǒng) + 多光子糾纏　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：量子信息作為一門依賴于量子系統(tǒng)的信息處理科學(xué),它的基本單元就是兩能級量子系統(tǒng),也就是通常所說的量子比特。對單比特量子系統(tǒng)的操控和信息讀取是未來實(shí)現(xiàn)量子信息任務(wù)和量子計(jì)算的必備技術(shù),其中單比特信息的讀取是依靠量子測量實(shí)現(xiàn)的。研究測量過程中多個(gè)可觀測量之間的誤差和擾動限制關(guān)系,則對實(shí)際的測量過程有著重要的理論指導(dǎo)意義。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展到多粒子的情況時(shí),粒子間的關(guān)聯(lián)就成為量子信息的一個(gè)重要研究對象,這些關(guān)聯(lián)可以作為一種資源來實(shí)現(xiàn)多種量子信息任務(wù)。例如,量子糾纏可以用來實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài),量子糾錯(cuò)和量子計(jì)算。關(guān)于糾纏的一個(gè)重要問題就是糾纏劃分,它可以幫助我們更好的理解糾纏這種神奇的物理性質(zhì),抓住不同類型糾纏的內(nèi)在本質(zhì)特征。量子非定域性作為量子信息長久以來的一項(xiàng)研究內(nèi)容,可以用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā),簡化通信復(fù)雜度等,同時(shí),對它的研究也可以加深我們對量子力學(xué)的理解。多體量子系統(tǒng)局域與整體之間的關(guān)聯(lián)可以簡化標(biāo)準(zhǔn)的量子態(tài)層析過程,使測量基個(gè)數(shù)和后處理時(shí)間都由隨比特?cái)?shù)的指數(shù)增長變?yōu)榫�性增長。本論文圍繞上述問題,進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的研究:1.利用單光子分離變量的量子行走裝置實(shí)現(xiàn)了單比特Trine POVM,SIC POVM和兩個(gè)非正交態(tài)的確定性態(tài)分辨,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單比特廣義測量的一種普適方法。2.在之前單比特廣義測量方法的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)非對易泡利算符的聯(lián)合測量,驗(yàn)證了它們之間態(tài)無關(guān)的誤差擾動關(guān)系。進(jìn)一步搭建了 13步的單光子量子行走裝置,提出并實(shí)驗(yàn)測量了新的三個(gè)泡利算符間的態(tài)相關(guān)的不確定關(guān)系,彌補(bǔ)了兩個(gè)可觀測量間不等式的不足。3.實(shí)驗(yàn)制備了兩個(gè)高保真度的四光子糾纏態(tài),并運(yùn)用局域過濾裝置區(qū)分出了這兩個(gè)四光子糾纏態(tài)的不同糾纏類型。我們的方法僅需要單光子局域譜的探測,它為將來量子態(tài)糾纏類型的實(shí)驗(yàn)區(qū)分提供了一種新的可能性。4.簡要論述了線性光學(xué)系統(tǒng)量子非局域性的發(fā)展進(jìn)程,實(shí)驗(yàn)制備出了高保真的四光子Dicke態(tài),以對它的非定域性實(shí)驗(yàn)探測為例,顯示了這類實(shí)驗(yàn)存在的不足,介紹了主要的探測漏洞和現(xiàn)如今的無漏洞局域探測實(shí)驗(yàn)。5.對于某一類的純態(tài)存在一種有效的量子態(tài)層析方法,可以利用量子態(tài)的關(guān)聯(lián)性質(zhì),使量子態(tài)層析的實(shí)驗(yàn)測量基個(gè)數(shù)和后處理時(shí)間隨系統(tǒng)維度的指數(shù)增加變?yōu)榫�性增加。我們實(shí)驗(yàn)制備了一個(gè)高保真度的四光子糾纏態(tài),研究了該方法的有效性和對噪聲的魯棒性。
[Abstract]:As an information processing science which depends on the quantum system, the basic unit of quantum information is the two level quantum system, that is, the usual quantum bit. The manipulation and information reading of the single biter quantum system is a necessary technology to realize the quantum information task and quantum computing in the future. It is realized by quantum measurement. It is important for the actual measurement process to study the relation between the error and the disturbance limitation between many observable measurements in the measurement process. When the system extends to the case of multiple particles, the correlation between particles becomes an important research object of quantum information. These associations can be used as a kind of research. For example, quantum entanglement can be used to realize quantum teleportation, quantum error correction and quantum computation. An important problem of entanglement is entanglement division. It can help us to better understand the magic physical properties of entanglement and grasp the intrinsic nature of different types of entanglement. Quantum Non locality, as a research content of quantum information for a long time, can be used to realize device independent quantum key distribution and simplify communication complexity. At the same time, the study of it can also deepen our understanding of quantum mechanics. The correlation between the local and the whole of the multibody quantum system can simplify the standard quantum state chromatography process. In this paper, a quantum walk device with single photon separation is used to realize the deterministic state resolution of single Trine POVM, SIC POVM and two non orthogonal states, which are verified by experiments. A universal method of monbi generalized measurement.2., based on the previous monbi generalized measurement method, implements the joint measurement of two non pair Pauli operators, validates the state independent error relation between them. A 13 step single photon quantum walking device is built, and the new three Pauli calculations are put forward and experimentally measured. The indeterminate relationship between the states of a symbol makes up for the insufficiency of the two observable inter - Measurement inequalities. The two high fidelity four photon entanglement states are prepared by the.3. experiment, and the different entanglement types of the two four photon entangled states are separated by the local filter unit. The experimental division of the type of substate entanglement provides a new possibility,.4. briefly discusses the development process of quantum nonlocality in linear optical systems. The experiment has prepared a high fidelity four photon Dicke state. In order to detect its non locality test as an example, it shows the shortcomings of this kind of experiment, and introduces the main detection loopholes and now. .5. has an effective quantum state chromatography for a certain class of pure states. We can make use of the correlation properties of quantum states to make the number of experimental measurements and the postprocessing time of the quantum state chromatography increase linearly with the exponent of the system dimension. We have experimentally prepared a high fidelity four. The photon entangled state is studied, and the robustness and robustness of the method are studied.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O413.1

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本文編號：1923076