量子纠缠与量子导引的性质研究及其应用

发布时间：2020-05-12 07:56

【摘要】：量子纠缠、量子导引和量子非局域性是量子关联性质的三个层次,并且也是量子力学的三个基本问题。其中,量子纠缠是量子信息处理的重要资源,其在量子通信、量子计算和量子模拟等领域有着重要的应用,可以通过纠缠判据或量子态层析技术(Tomography)来判断一个体系是否纠缠,纠缠判据有矩阵重排判据、纠缠目击者和转置正定判据等。量子导引作为一种高于简单量子纠缠而低于Bell非局域性的量子关联特性,它可以由导引不等式来检测出来,如线性导引不等式和非线性导引不等式。其中,非线性导引不等式包括全对无(All-versus-nothing)导引不等式,不确定性原理的导引不等式等。本文首先介绍了量子纠缠和量子导引的研究背景、意义和特点,然后阐述了实验上制备量子纠缠光源的基本类型,并对实验上制备量子纠缠光源的发展现状做了相关介绍。在介绍完实验上制备量子纠缠光源的基本知识后,本文开始介绍我们在实验上制备纠缠光源的方案,我们使用“三明治”型?型硼酸钡(BBO)晶体产生双光子纠缠光源—最大纠缠态,其保真度能达到99.3%。最后,我们对该最大纠缠态使用了一个量子消相干通道进行操纵,制备了一种常见的量子态—Werner态。在本文中,我们还在实验上验证了一个新的几何型导引不等式方案:类似贝尔不等式的新型几何导引不等式方案。首先我们对之前制备的Werner态在36组基上进行测量,并给出了相应的计算结果。从计算结果来看,在忽略掉微小误差的前提下,我们得到的实验值和理论值十分吻合。该几何型导引不等式的最大优点就是,对于两量子比特态,不需要在测量端进行最优基测量的选择,只需要重构出其密度矩阵即可验证该几何型导引不等式。
【图文】：

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炱郹噘涂梢酝瓿啥匀我馄鄴穹较蚬庾犹讲獾娜挝瘛Ｍ?2.3 探测系统示意图2.3 参量下转换制备量子纠缠态量子纠缠态在量子信息领域有着很重要的作用，，在量子信息处理领域很多里程碑的工作都是通过量子纠缠态来实现的，所以对纠缠态的制备是各大研究小组重点研究课题。目前，在实验上，量子纠缠态已经在多种体系中制备成功，如原子—光腔[64]、离子阱[65]和自发参量下转换（SPDC）[66]等体系。其中，最为常见和便捷的方法就是通过 SPDC 的方法来制备量子纠缠态。自从 1967 年，Cornell 大学的 Magde 和 Mahr 在实验上第一次观察到了 SPDC 现象，用自发参量下转换方法产生纠缠态已经有了几十年的发展，目前在理论和实验上已经有了很多经验和很大的进展，在技术上已经积累了丰富的经验，很多实验组都采用自发参量下转换的方法来制备量子纠缠态。目前使用自发参量下转换产生纠缠光子对的种类有很多种，根据产生的纠缠的类型的来分

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共线情况的偏振纠缠态。其中，简并是指信号光和休闲光的频率相同；非换是指休闲光和泵浦光的传播方向有一定的夹角。目前实验上按照位相匹制备偏振纠缠态的方法主要有以下两种：晶体自发参量下转换产生偏振纠缠光源[67]晶体自发参量下转换中，泵浦光为 e 光，产生的一对下转换的光子对中，休闲光子为 o 光，并且信号光子和休闲光子的极化方向是正交的。P. G. 用 II 型晶体制备了双光子偏振纠缠态 = HV ei VH 2。如图率的泵浦光入射到 II 型晶体上，根据上述自发参量下转换的原理，下转换体内射出，两束光子的出射方向会形成两个圆锥面，随着晶体相位切割角圆锥面从相切变为相交，两圆锥面相交处便可以获得偏振纠缠态。他们使纠缠态验证了 CHSH 不等式，实验结果显示，在大约 5 分钟时间里，得到差的违背。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413

【参考文献】