基于雙模波導(dǎo)中光場橫向模式的量子糾纏的經(jīng)典模擬.pdf

1、量子糾纏是量子力學(xué)中最基本也是最獨(dú)特的性質(zhì)之一，由于它是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子隱形傳態(tài)的關(guān)鍵，在國際上得到了廣泛關(guān)注和深入研究。 本文首先介紹了以量子計(jì)算為代表的量子信息學(xué)，量子糾纏的基本性質(zhì)以及量子糾纏在量子信息學(xué)中的重要性。然后介紹了一種基于雙模波導(dǎo)中光場橫向模式的量子計(jì)算方案，該方案將波導(dǎo)中光場的橫向模式編碼為量子比特，并基于非線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)了控制非門。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種利用光場橫向模式實(shí)現(xiàn)量子糾纏的經(jīng)典模擬的思想，利用

2、控制非門或線性光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)的模式糾纏態(tài)作為量子糾纏態(tài)的經(jīng)典模擬，并對(duì)這種模式糾纏態(tài)的性質(zhì)進(jìn)行了研究。這篇論文主要的工作如下： 首先，利用有限差分光束傳播方法(FD-BPM)對(duì)基于非線性光學(xué)實(shí)現(xiàn)模式糾纏態(tài)的方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通過基于Bell不等式的相關(guān)測(cè)量，得到模式糾纏態(tài)中兩個(gè)場的相關(guān)函數(shù)，這個(gè)相關(guān)函數(shù)能夠?qū)ell不等式產(chǎn)生破壞，證明模式糾纏態(tài)中的兩個(gè)光場之間存在一種非局域的關(guān)聯(lián)，可以作為量子糾纏態(tài)的經(jīng)典模擬。進(jìn)一步，本文建立

3、了一個(gè)由隨機(jī)相位差標(biāo)定的系綜模型來對(duì)模式糾纏態(tài)進(jìn)行描述。 然后本文提出一種全新的基于線性光學(xué)的方案來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光場的模式糾纏態(tài)。對(duì)這個(gè)方案進(jìn)行的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明，這種模式糾纏態(tài)可以產(chǎn)生和量子糾纏態(tài)完全類似的相關(guān)函數(shù)，同樣能夠?qū)ell不等式產(chǎn)生破壞。這種方案更清晰地說明隨機(jī)相位系綜能夠?qū)δＪ郊m纏態(tài)所顯示的非局域性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的刻畫，非局域性質(zhì)很有可能就來源于這種隨機(jī)相位機(jī)制。 接下來對(duì)線性光學(xué)方案進(jìn)行推廣，利用三個(gè)光場實(shí)現(xiàn)

4、三粒子GHZ態(tài)的經(jīng)典模擬。由GHZ定理可知，三粒子的完全關(guān)聯(lián)可以給出量子糾纏存在的非統(tǒng)計(jì)判據(jù)，這種判據(jù)比基于統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的Bell不等式更為可靠。進(jìn)一步的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示三個(gè)經(jīng)典光場實(shí)現(xiàn)的模式糾纏態(tài)的相關(guān)函數(shù)與量子GHZ態(tài)完全類似，并且得到了模式糾纏態(tài)中非局域關(guān)聯(lián)的非統(tǒng)計(jì)判據(jù)。這進(jìn)一步證明了利用波導(dǎo)中橫向模式來實(shí)現(xiàn)量子糾纏的可行性。 本文提出的實(shí)現(xiàn)量子糾纏的經(jīng)典模擬方案在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下是完全可以實(shí)現(xiàn)的，因此我們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)方面