量子態(tài)提純與放大研究.pdf

1、自量子力學(xué)誕生以來，量子信息技術(shù)迅速崛起并取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。量子計(jì)算機(jī)以其獨(dú)特的多量子態(tài)并行計(jì)算能力對(duì)經(jīng)典的加密體系提出了新的挑戰(zhàn)。量子通信也因其理論上的絕對(duì)安全性受到越來越多人的關(guān)注。量子糾纏態(tài)作為量子通信中必不可少的資源，在量子通信中扮演著十分重要的角色。單光子糾纏是量子糾纏態(tài)中最簡(jiǎn)單的一種形式，量子通信過程中，環(huán)境噪聲不可避免地對(duì)單光子糾纏態(tài)產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致單光子態(tài)的光子丟失或者單光子最大糾纏態(tài)退化為部分糾纏態(tài)。這嚴(yán)重影響了

2、量子通信的質(zhì)量。
　　針對(duì)量子態(tài)退化為部分糾纏態(tài)的問題，本文提出了針對(duì)電子系統(tǒng)W糾纏態(tài)的糾纏濃縮方案，該方案是一個(gè)循環(huán)濃縮的方案，針對(duì)一步濃縮失敗的情況在不需要增加輔助電子的情況下進(jìn)行循環(huán)濃縮，直至濃縮成功，具有很高的成功概率。
　　解決傳輸過程中光子丟失問題的有效途徑是無噪線性放大（noiseless linear amplification，簡(jiǎn)稱NLA）。本文首先研究了現(xiàn)有的光量子態(tài)放大器的模型，綜合分析其優(yōu)缺點(diǎn)后結(jié)合量

3、子通信的實(shí)際需求，做出了兩方面的研究工作：第一，構(gòu)造了一種基于糾纏態(tài)輔助的單光子態(tài)放大器，有別于以往的NLA放大器，這種放大器不僅可以放大單光子任意多模W態(tài)，而且在放大單光子糾纏態(tài)的同時(shí)可以保證光子的極化編碼信息不受破壞。第二，針對(duì)最大糾纏的光量子態(tài)傳輸過程中可能退化為部分糾纏態(tài)的問題，本文對(duì)上述放大器做進(jìn)一步改進(jìn)，使其在對(duì)單光量子態(tài)放大的同時(shí)可以進(jìn)行糾纏濃縮，將退相干的部分糾纏態(tài)恢復(fù)至最大糾纏態(tài)，同時(shí)保護(hù)光子極化編碼信息。該放大器是完

4、全基于線性光學(xué)元器件實(shí)現(xiàn)的，在現(xiàn)有技術(shù)條件下更容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)長(zhǎng)距離量子通信具有很大的實(shí)用價(jià)值。
　　本文還針對(duì)現(xiàn)有量子通信技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究，在現(xiàn)有量子直接安全通信（quantum secure direct communication, QSDC）方案的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)方案：使用單光子偏振態(tài)與相干態(tài)的復(fù)合糾纏Qubit作為信息載體實(shí)現(xiàn)量子直接安全通信?；趶?fù)合糾纏態(tài)的Bell態(tài)測(cè)量具有非常高的成功概率，該方案能夠進(jìn)一步提高QSD