量子中继中效率问题的研究

发布时间：2020-10-21 07:45

　　 在量子信息传输过程中,最重要的是在两地成功分发纠缠态,从而建立量子传输通道。我们以光子纠缠态作为载体,这也是目前我们唯一能借助的载体,但是光子在分发的过程中,介质会吸收光子并使得光子保真度衰减,以光纤为例,光纤的衰减率是0.2db/km,这就导致分发的有效距离只有150公里。为了克服长距离量子纠缠态分发的困难,我们需要借助中继器,在光衰减到阈值之前,将它的状态储存到中继器上的量子储存器(Quantum Memory)中,使得量子储存器两两之间相互纠缠,然后对储存器进行Bell基测量,利用纠缠态转移技术,从而实现远距离的纠缠态分发;中继器数目的增加固然能提高光子光纤中的传播时的保真度,但也会引入新的问题:量子储存器中的量子态保真度会随着中继器的个数增加而衰减。若经过数次纠缠转移以后的量子态保真度降低到实验仪器探测的阈值之下,则不能实现量子纠缠态的分发。为了得到一个量子传输线路中的最佳中继器个数,我们引入“纠缠态分发效率”这一概念,并用所得到的分发效率的表达式来定量分析它。利用总效率的表达式,可以得到不同距离下的最佳中继器个数,我们也可以定量分析一个已知量子线路中成功建立量子通道的效率。另外,还可以知道我们选择合适的纠缠态和Bell基基矢。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O413
【部分图文】：

ｌｌｌｌｌ?ＩＩ?ＩＱｆｌｌｌ?ＩＭ?［ｌｌｌｌｆｌ?ｆＴ?＇图１．?６量子中继示意图??中每一段（１到２）的信道ＥＰＲ光子衰减都比较小，这使得我们可以在量子储??（１和２）收到ＥＰＲ光子源成功分发的ＥＰＲ光子；??２．对每一段的两个节点进行量予纠缠态的分发，成功分发后的纠缠态由两个??［２°］

最终我们建立了相邻中继器中两个量子储存器之间的纠缠。??Ａ．?Ｄ．?Ｐｆｉｓｔｅｒ和他的团队在试验中实现了该方案［２３］。他们用钙粒子中的能级??作为，量子储存器中的量子比特，如图１．８，丨和丨￡）２＞是初态，分别对应上述??的丨０，？＞和丨１；＞；与分发的ＥＰＲ光子相互作用后，同右旋光子相互作用的能级跃迁??至ｉＪＩＡ〉对应丨〇ｅ＞，左旋的跃迁到丨Ｐ２＞对应｜ｌｅ＞，丨￡？＞到丨能级之间的能级差约为??８５４ｍｎ；?｜Ｐ＞是瞬时态，会迅速衰减到丨Ｓ＞态上，并放出３９２ｎｍ的线性偏振光，过??滤掉圆偏振光，得到相邻中继器中两个量子储存器之间的纠缠。在中继器上对量??子储存器进行纠缠转移操作，可以使得Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ之间建立量子传输通道。??１．?６．?２?ＤＬＣＺ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ??这个方案首先是有段路明等人提出［２３＿２７’２８］，此方案突出的优点是不需要制备??复杂的纠缠源，只需要制备符合要求的量子储存器。这种方案可以通过纠缠纯化??的方式大大提高信噪比

?绪论??量子储存器使用三能级原子系统。能级结构如图１．９所示：丨办＞表示基态，??｜仍＞?某一稳态，１％）表示某一激发态。用丨〇＞和丨１）两个谐振腔摸式作为量子比特，??一束单色激光（ｓｉｎｇｌｅ?Ｒａｍａｎ?ｂｅａｍ）入射到腔中，原子系统与激光相互作用，??经过Ｒａｍａｎ跃迁［ＨＵ３］，原子能级从｜恥＞经过中间态丨仏＞最终到达丨仍＞，几率为／Ｖ：＜１，??整个过程可以写为??Ｒａｒｔｕｍ?．??ｋｏ＞ｌ〇ｃ＞—＊＼ｑ〇）＼〇ｃ）?＋?ｙｆＫ＼ｑｉ）＼ｌｃ）?＜１－６４）??这里｜ｎｅ＞为关于腔模式的福克态（Ｆｏｃｋ?ｓｔａｔｅ）。??两个相邻的量子储存器经过Ｒａｍａｎ跃迁后，我们剔除掉无光子和两个光子??的态，系统的态可写为％２３＿２７］??Ｒａｍａｎ?ｙ?．??ｍ?＝?（ｋｏ）ｌ〇ｃ？？２——９ｉ＞ｌ〇ｃ．?ｌ〇）?＋?Ｐｉ＼ｑｕ?ｆｌｏ）｜ｌｃ?〇ｃ）?（１．６５）??４ｊＰｍ?｜ｑｅ》＿＿?＂￣??ｄｊ?ｚｚ??２?／?＼?－??ｋｉ＞?＼??４ＪＳｌ／２?—??ｋ〇＞??ｒｎ，?－５／２?－３／２?－１／２?＋１／２?＋３／２?＋５／２??图１．９三能级示意图??要对丨奶量子态中的光子进行Ｂｅｌｌ基测量
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本文编号：2849845