糾纏光子的制備和應(yīng)用.pdf

1、量子信息科學(xué)是量子力學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，自上世紀末出現(xiàn)以來，就吸引了眾多物理學(xué)者的目光，在量子信息學(xué)中，量子糾纏無疑是其區(qū)別于經(jīng)典信息學(xué)的重要特征之一，是量子信息過程中不可或缺的資源，在量子密碼術(shù)、量子通信、量子計算中都起到非常重要的作用． 光量子信息處理方法作為一種量子信息處理方法，因糾纏光子的易制備和易操控的優(yōu)點而廣為人們所使用．然而，隨著量子信息理論的發(fā)展，人們所關(guān)注的對象從兩量子比特發(fā)展到多量子比特，相應(yīng)的，光量子信

2、息處理的領(lǐng)域也從雙光子發(fā)展到多光子．本博士論文從制備適用于多光子量子信息處理實驗的飛秒脈沖泵浦高亮度雙光子糾纏源開始，主要完成了光子糾纏態(tài)制備、度量、干涉等以下幾個工作： 1.自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過程制備高亮度的偏振糾纏光子源 糾纏光子對是光學(xué)量子信息處理過程中最為重要的資源，而高亮度的糾纏光子則是多量子比特光學(xué)量子信息處理過程中必不可少的，我們在實驗上利用Beam-like方法制備出了雙光子偏振糾纏態(tài)，其亮度大約是同行在同等

3、泵浦條件下的三倍，該糾纏源的高保真度和高亮度，使得許多需要多光子資源的量子信息過程的實現(xiàn)成為可能．它可以大大降低六光子實驗的實現(xiàn)難度，并為八光子實驗提供可能． 2.提出一種使用隨機產(chǎn)生的雙光子糾纏光源制備可預(yù)知多光子糾纏源的方案 在目前的實驗條件下，能夠制備的雙光子糾纏光源多具有隨機性(例如SPDC過程)．要想知道糾纏態(tài)是否產(chǎn)生，必須要對制備的態(tài)進行測量．這對一些多光子實驗將產(chǎn)生非常嚴重的影響，因此，能夠先驗地得知糾纏態(tài)

4、何時產(chǎn)生而不需要對態(tài)進行任何破壞性測量的可預(yù)知糾纏態(tài)制備就具有非常重要的意義．我們提出了一種使用N+1個SPDC源和線性光學(xué)元件來制備N光子可預(yù)知GHZ型偏振糾纏態(tài)的方案，對N+2個理想的可分辨光子數(shù)計數(shù)器進行時間符合測量，可以預(yù)知糾纏態(tài)是否成功制備，該方案雖然不能完全消除SPDC高階項帶來的影響，但因其消耗的資源較少，在沒有高階項影響的系統(tǒng)中有較大優(yōu)勢． 3.實驗上直接測量雙光子混態(tài)concurrence(共生)的上下限

5、 對糾纏該怎樣描述，怎樣量化，這一直是困擾著物理學(xué)工作者的一大難題．我們在實驗上利用對態(tài)的兩份拷貝進行對稱反對稱投影的方法直接測量得到了兩量子比特混態(tài)concurrence的上下限，測量結(jié)果基本上符合量子態(tài)層析術(shù)得到的結(jié)果．而且，在擴展到多光子時，我們使用的方法只需要線性增加雙光子干涉的個數(shù)，而量子態(tài)層析術(shù)需要指數(shù)增加的實驗資源．同時需要注意到的是，在超過2維×2維的情況下，即使通過量子態(tài)層析術(shù)得到態(tài)的密度矩陣，也沒有辦法通過其計算態(tài)