量子網(wǎng)絡的物理實現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡的誕生讓人類的生活更便捷和豐富，從而促進全球人類社會的進步，隨著量子力學和信息科學的交叉學科——量子信息的蓬勃發(fā)展，人們開始構想未來的全量子網(wǎng)絡的美好情景，并開始著手深入研究。
　　 全量子網(wǎng)絡指由量子傳輸通道和量子節(jié)點組成的信息網(wǎng)絡。量子傳輸通道能夠在節(jié)點間傳輸任意量子態(tài)以及量子糾纏，而每個節(jié)點要有足夠強大的量子信息存儲和處理功能。單個量子節(jié)點構成量子計算機，而量子通道則連接不同的量子計算機。目前已有理論研究工作表明，全量

2、子網(wǎng)絡在信息安全、分布式量子計算和新材料量子仿真等領域有重要的學術研究意義與應用價值。但全量子網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)要求對量子態(tài)有極強的操控能力，目前它仍然是人們一個巨大的挑戰(zhàn)。因此，本人把量子網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)作為博士學位論文研究的課題。
　　 主要工作包含以下幾個方面：
　　 1、量子態(tài)的存儲、轉移和交換：
　　 一個實現(xiàn)單光子極化態(tài)可標記的存儲方案。在我們方案中入射的光子只是與原子交換信息，而不是被吸收，因此，可以通過

3、探測光子實現(xiàn)可標記的存儲,這種儲存技術可以用來實現(xiàn)節(jié)點間可標記的量子態(tài)的轉移和交換。在這個方案中，存儲和復原光子極化態(tài)都有很高的保真度。在實際應用中由于光子的丟失包括原子的自發(fā)輻射，被量子通道吸收，光子收集等造成的操作錯誤都引起光子探測器沒有響應。因此，光子丟失只會減少成功的概率，而不會降低保真度（只有當光子有計數(shù)時才有記錄）。這種判斷操作成功與否的能力在實際的量子網(wǎng)絡應用中是至關重要。
　　 2、單光子源、多光子糾纏源和長程量

4、子糾纏分布：
　　 基于單原子和原子系綜實現(xiàn)單光子源、多光子糾纏源和長程量子糾纏分布的實現(xiàn)方案。在我們方案中，兩個光腔被一個短光纖連接，單原子和原子系綜囚禁在不同的光腔中分別作為控制比特和儲存比特。決定的可儲存的單光子源，多光子糾纏源可以通過絕熱演化得到。我們還進一步運用它們提高長程糾纏分布的效率。歸因于原子系綜的集體干涉效應，腔的強耦合條件可能被放松。因此，這個方法提供了另一個實現(xiàn)量子網(wǎng)絡的途徑。
　　 3、基于多比特

5、幾何相位門的量子計算：
　　 基于多比特幾何相位門的量子計算方案。在一定的條件下，原子激發(fā)態(tài)占據(jù)的概率很小，同時腔場一直處于真空態(tài)，因此無論是原子的自發(fā)輻射還是腔泄漏的影響都被大大的抑制。N比特(N ≥ 2)幾何相位門可以一步實現(xiàn)，其所要求的時間不會隨著原子的數(shù)目的增加而增大。因此，我們的方案在量子算法運用幾何相位門時有利于減少實際操作數(shù)目。
　　 4、可擴展的量子計算：
　　 一個基于二能級系統(tǒng)囚禁在一個二維的