三粒子GHZ态和W态的纠缠浓缩研究

论文摘要

近年来随着科技的逐步发展,量子信息学开始吸引了众多研究者的目光。量子信息学包括量子信息和量子计算,而它们又是以纠缠态为基础构成的。量子信息的载体是微观量子态,量子态本身的操控满足量子力学基本原理,因而量子信息的编码、操控、传输和解码都与传统的经典信息学存在巨大差异。在经典信息学中,信息的操作依然满足经典力学的规律,利用量子力学的特殊性质,量子信息技术可以拥有比相应经典技术更强大的能力。基于量子信息技术可以实现绝对安全的量子通信,也可以解决经典计算机难以完成的计算难题。量子信息技术代表了未来信息技术发展的战略方向,是世界各国展开激烈竞争的下一代安全通信体系的焦点,并极有可能对人类社会的经济发展产生难以估量的影响。在完成各种量子信息的任务时,一般都需要最大纠缠态作为纠缠信道。最大纠缠态通常是在局域进行制备,然后分发或者传送给远处的接收者。但是传送的过程是通过经典信道完成,而信道周围又存在环境噪声,会使得最大纠缠态发生退相干,最终变成部分纠缠态或混合态。同时,纠缠度的降低使得量子通信方案的安全性和保真度受到影响,为了克服这个难题,纠缠纯化和纠缠浓缩的技术应运而生。一般而言,当初始态为部分纠缠态时,可以使用纠缠浓缩在子系统中提取出最大纠缠态。而当初始态为混合态时,利用纠缠纯化可以提高混合态的保真度。本文将主要目光放在两种特殊的多粒子纠缠态,即GHZ态和W态上。文章首先对一些学者提出的浓缩方案进行了总结,最后介绍了我们自己的方案。目前已经存在的纠缠浓缩方案都需要用到宇称检测门来完成,在文章中我们介绍了三种不同形式的宇称检测门。第一种是由两个偏振分束器构成,它的结构最简单也最实用。第二种是利用交叉克尔非线性效应构建的量子非破坏性测量器构成。最后一种是利用量子点和微腔耦合系统构成,并且需要单光子的帮助。借助迭代浓缩的思想,很大程度上增加了方案的成功概率。这对长距离的量子安全通信具有很大的实用价值,这些方案在实验上都具有可行性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 量子信息理论的发展
•   1.2 论文的主要工作
• 第二章 量子信息理论的基本概念
•   2.1 量子比特
•   2.2 纠缠态和最大纠缠态
•   2.3 常见的纠缠态
•     2.3.1 Bell态
•     2.3.2 GHZ态
•     2.3.3 W态
•   2.4 量子光学中常用的线性元件
•     2.4.1 半波片（HWP）
•     2.4.2 分束器（BS）
•     2.4.3 偏振分束器（PBS）
• 第三章 线性元件实现的浓缩方案
•   3.1 辅助单光子和线性元件实现对Bell态的浓缩
•     3.1.1 由PBS构成的宇称检测门
•     3.1.2 利用PBS构成的宇称检测门实现对Bell态的浓缩
•     3.1.3 利用PBS构成的宇称检测门实现对N光子GHZ态的浓缩
•     3.1.4 浓缩过程的成功概率分析
•   3.2 线性元件实现对特殊形式W态的纠缠浓缩
•     3.2.1 利用线性元件实现对特殊形式W态的浓缩
•     3.2.2 利用线性元件实现对特殊形式下N光子W态的浓缩
•   3.3 利用线性元件实现对一般形式W态的浓缩
•     3.3.1 利用线性元件实现对三光子W态的浓缩方案
•     3.3.2 利用线性元件实现对N光子W态的浓缩
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于交叉克尔非线性效应实现对部分纠缠态的浓缩
•   4.1 利用交叉克尔非线性效应构建QND
•   4.2 利用交叉克尔非线性效应实现对Bell态的浓缩
•   4.3 利用交叉克尔非线性效应实现对W态的浓缩
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于量子点和微腔耦合系统实现对部分纠缠态的浓缩
•   5.1 量子点和微腔耦合系统的工作原理
•   5.2 利用量子点和微腔耦合系统实现对GHZ态的浓缩
•   5.3 利用量子点和微腔耦合系统实现对光子型W态的浓缩
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 工作总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王雄

导师: 胡占宁

关键词: 最大纠缠态,纠缠浓缩,线性元件,量子点,交叉克尔非线性

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 天津工业大学

分类号: O413

总页数: 59

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