本文選題：量子糾纏 + 多光子糾纏態(tài)　； 參考：《河北師范大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：量子糾纏是一種切實的物理資源,量子態(tài)的糾纏特性是量子力學(xué)區(qū)別于經(jīng)典力學(xué)的最基本特征,對量子糾纏的研究具有重大的科學(xué)意義.本文主要研究多光子糾纏態(tài)的制備和多量子比特系統(tǒng)的Bell型不等式,具體研究成果為:1.基于參量下轉(zhuǎn)換源、克爾非線性介質(zhì)和線性光學(xué)器件,我們提出一個高效的四光子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)態(tài)的制備與純化方案.首先,我們研究如何從參量下轉(zhuǎn)換源產(chǎn)生的兩對糾纏光子制備出一個包含偏振糾纏和空間糾纏的四光子超糾纏GHZ態(tài).接著,在考慮存在退極化噪聲的情況下進(jìn)一步給出用空間糾纏純化偏振糾纏方案.2.我們提出一個高效制備六光子超糾纏態(tài)方案,制備的超糾纏態(tài)包含偏振糾纏和空間糾纏.考慮參量下轉(zhuǎn)換源產(chǎn)生三對糾纏光子情況,我們設(shè)計量子線路演化光子態(tài).因為方案中考慮了光子的全部可能狀態(tài),所以方案有很高的效率.3.基于線性光學(xué)和弱非線性介質(zhì),我們提出了一類多光子糾纏態(tài)的制備方案.方案中,我們在非線性相互作用過程中僅引入了兩個很小的相位角.在不考慮消相干的情況下,我們計算測量過程中的出錯概率,結(jié)果表明即使光子數(shù)很大時其最大出錯概率也可以任意小.4.我們提出一個弱非線性機制下制備多光子數(shù)態(tài)糾纏方案.在非線性相互作用過程中引入的相位角的最大值與光子數(shù)成正比,同時通過約束相位角的大小以保障方案滿足弱非線性機制.同樣,在不考慮消相干的情況下我們計算測量過程中的出錯概率,結(jié)果表明當(dāng)前方案是可行的.5.我們研究一類重要的四量子比特糾纏態(tài)的糾纏度量及其對一種指定的Bell型不等式的量子違背.結(jié)果表明存在一類四量子比特糾纏態(tài)全部違背指定的不等式,其糾纏度量隨著Bell算子期望值的增加先減小而后增加,兩者的關(guān)系曲線是一條平滑曲線.6.基于Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式,我們提出一種構(gòu)建多量子比特系統(tǒng)Bell型不等式的方法.不等式結(jié)構(gòu)簡單便于實驗,尤其是選擇一組給定的測量環(huán)境可以得到一組緊湊的Mermin型不等式.以這組Mermin型不等式為例,我們討論了廣義GHZ(GGHZ)態(tài)和兩類常見的混合糾纏態(tài)對不等式的違背.同時,我們還研究了四量子比特GGHZ態(tài)的糾纏度量與其量子違背值間的關(guān)系.
[Abstract]:Quantum entanglement is a practical physical resource. The entanglement characteristic of quantum state is the most basic characteristic of quantum mechanics which is different from classical mechanics. It is of great scientific significance to the study of quantum entanglement. In this paper, we mainly study the preparation of multiphoton entangled states and Bell type inequalities for multiquantum bit systems. The specific research results are: 1: 1. Based on parametric downconversion sources, Kerr nonlinear media and linear optical devices, we propose an efficient scheme for the preparation and purification of four-photon Greenberger-Horne-ZeilingerGHZ states. First, we study how to produce a four-photon hyperentangled GHz state with polarization entanglement and spatial entanglement from two pairs of entangled photons generated from the parametric down-conversion source. Then, considering the presence of depolarization noise, the scheme of polarization entanglement purification by space entanglement. 2. We propose an efficient scheme for the preparation of six-photon hyperentangled states, which include polarized entanglement and spatial entanglement. Considering the generation of three pairs of entangled photons from the parametric down-conversion source, we design a quantum circuit evolving photon state. Because all possible states of photons are considered in the scheme, the scheme is highly efficient. 3. Based on linear optics and weakly nonlinear media, we propose a scheme for the preparation of a class of multiphoton entangled states. In the scheme, only two small phase angles are introduced in the nonlinear interaction process. Without considering decoherence, we calculate the error probability in the measurement process. The results show that the maximum error probability can be as small as. 4 even if the photon number is large. We propose a weak nonlinear scheme for the preparation of multiphoton number state entanglement. The maximum value of the phase angle introduced in the nonlinear interaction process is proportional to the number of photons, and the scheme satisfies the weak nonlinear mechanism by constraining the magnitude of the phase angle. Similarly, we calculate the error probability in the measurement process without considering the decoherence. The results show that the current scheme is feasible. We study the entanglement metric of an important four-bit entangled state and its quantum violation of a specified Bell type inequality. The results show that a class of quaternion entangled states all violate the specified inequality, and the entanglement metric decreases first and then increases with the increase of the expected value of Bell operators. The relation curve between the two is a smooth curve .6. Based on Clauser-Horne-Shimony-Holt inequality, we propose a method to construct Bell type inequalities for multi-quantum bit systems. The structure of the inequality is simple and convenient for experiment, especially, a set of compact Mermin type inequalities can be obtained by selecting a set of given measuring environments. Taking this set of Mermin type inequalities as an example, we discuss the violation of inequalities by generalized GHZ GGHZ) states and two common mixed entangled states. At the same time, we also study the relationship between the entanglement metric of the four-bit GGHZ state and its quantum violation.
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413.1

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本文編號：2018902