基于单边光学微腔中量子点自旋辅助的自避错纠缠态分析
发布时间：2021-06-05 07:20
在单边光学微腔中量子点自旋的辅助下,我们提出了自避错的受控相位反转（CPF）门以及光子量子比特的Bell态分析（BSA）方案以及量子点自旋的GHZ态的完全无损分析.在这些方案中,单光子探测可以预示错误的出现,这大大提高了它们的可靠性,与以往的由光子与量子点腔系统相互作用辅助的方案有很大的不同.我们的受控相位反转门方案和量子点自旋的GHZ态分析可以重复进行直到成功.这些特性使我们的方案在未来的量子通信中更加有用.
【文章来源】：山西师范大学学报(自然科学版). 2020,34(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
负电荷激子X-的自旋依赖跃迁示意图(a)单边光学
?变．2一个光子和一个量子点自旋之间的自避错受控相位反转门利用上述过程，我们现在说明怎样实现光子和电子自旋之间的自避错受控相位反转门．假设光子和电子自旋的初始态分别是:|φ〉p=αp|Ｒ〉+βp|L〉和|ψ+〉e=αe|↑〉+βe|↓〉，这里|αp|2+|βp|2=|αe|2+|βe|2=1．光子被注入到极化光分束器1(PBS1)的入口，它透射右圆极化光子而反射左圆极化光子．右圆极化的波包|Ｒ〉将会直接穿过部分透射镜而左圆极化波包|L〉将会穿过如图2中虚线框所示的自避错单元．图2自避错相位反转门和双光子极化Bell态分析仪的原理图．虚线框中的部分是自避错单元(EＲU)．PBSi(i=1，2，3)是一个圆极化光分束器，它分别在右圆极化中传输光子在左圆极化中反射光子．Hi(i=1，2)是对光子的极化自由度进行Hadamard操作?|Ｒ〉→(|Ｒ〉+|L〉)/槡2，|L?〉→(|Ｒ〉－|L〉)/槡2」的半波片．X是一个对光子执行极化比特翻转操作的半波片，T是一个具有透射系数为T的部分透射镜．Fig．2Schematicfortheerror-rejectingCPFgateandtwo-photonpolarizationBellstateanalyzer．Thepartinthedashedboxisanerror-rejectingunit(EＲU)．PBSi(i=1，2，3)isacircularlypolarizedbeamsplitterwhichtransmitsthephotonintheright-circularpolarization|Ｒ〉andreflectsthephotonintheleft-circularpolarization|L〉，respectively．Hi(i=1，2)isahalf-waveplatewhichperformsHadamardoperation?|Ｒ〉→(|Ｒ〉+|L〉)/槡2，|L?〉→(|Ｒ〉－|L〉)/槡2」onthepolarizationDOFofphoton．Xisahalf-waveplatewhichperfo
域实验缺陷引起的错误只会降低成功概率，而不会降低保真度．利用光子与量子点之间自避错的相位反转门，我们构造了光子量子点的Bell态分析器，它可以在自避错模式下工作．图3实线和虚线分别是无回收程序的相位反转门的成功概率与g/κ的函数关系，当κs=0．2κ和κs=0．1κ．这里取ω=ωc=ωX－，γ=0．1κ，这些在实验上可以实现．Fig．3ThesolidlineandthedashedlinearesuccessprobabilitiesoftheCPFgatewithoutrecyclingprocedurevsg/κforκs=0.1κandκs=0．2κ，respectively．γ=0．1κ，whichisexperimentallyachievable，andω=ωc=ωX－aretakenhere．当利用理想单光子探测器，即使在几乎真实的条件下，单光子探测器的未响应也标志着具有鲁棒保真度的相位反转门的成功，这对于光子量子比特的Bell态分析至关重要．探测器D探测到右圆偏振的一个光子的概率是ξ5=T2(11)它等于无回收程序的相位反转门的成功概率．在自避错相位反转门过程中，单光子探测器D的响应表明相位反转门失败．如公式(5)所示，当图2中的单光子探测器响应时，量子点自旋被投射到|ψ+〉状态，这与量子点自旋的初始状态完全相同．发生这种情况的概率为ξf=D2(12)我们可以输入另一个处于|?〉p状态的光子，重复相同的步骤，直到探测器没有探测到光子．这一过程可能最终将量子点-光子系统投射到所需的态|ψ〉3，从而使相位反转门的成功概率更高．当使用一个每秒产生10000个单光子的高效单光子源时［40］，我们可以在短时间内完成该方案．考虑到回收过程，自避错相位反转门的总成功概率ξt为ξt=T2·1－D2n1－D2(13)同样地，根据方程(10)，我们得到了光子的Bell态分析成功概
本文编号：3211714
【文章来源】：山西师范大学学报(自然科学版). 2020,34(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
负电荷激子X-的自旋依赖跃迁示意图(a)单边光学
?变．2一个光子和一个量子点自旋之间的自避错受控相位反转门利用上述过程，我们现在说明怎样实现光子和电子自旋之间的自避错受控相位反转门．假设光子和电子自旋的初始态分别是:|φ〉p=αp|Ｒ〉+βp|L〉和|ψ+〉e=αe|↑〉+βe|↓〉，这里|αp|2+|βp|2=|αe|2+|βe|2=1．光子被注入到极化光分束器1(PBS1)的入口，它透射右圆极化光子而反射左圆极化光子．右圆极化的波包|Ｒ〉将会直接穿过部分透射镜而左圆极化波包|L〉将会穿过如图2中虚线框所示的自避错单元．图2自避错相位反转门和双光子极化Bell态分析仪的原理图．虚线框中的部分是自避错单元(EＲU)．PBSi(i=1，2，3)是一个圆极化光分束器，它分别在右圆极化中传输光子在左圆极化中反射光子．Hi(i=1，2)是对光子的极化自由度进行Hadamard操作?|Ｒ〉→(|Ｒ〉+|L〉)/槡2，|L?〉→(|Ｒ〉－|L〉)/槡2」的半波片．X是一个对光子执行极化比特翻转操作的半波片，T是一个具有透射系数为T的部分透射镜．Fig．2Schematicfortheerror-rejectingCPFgateandtwo-photonpolarizationBellstateanalyzer．Thepartinthedashedboxisanerror-rejectingunit(EＲU)．PBSi(i=1，2，3)isacircularlypolarizedbeamsplitterwhichtransmitsthephotonintheright-circularpolarization|Ｒ〉andreflectsthephotonintheleft-circularpolarization|L〉，respectively．Hi(i=1，2)isahalf-waveplatewhichperformsHadamardoperation?|Ｒ〉→(|Ｒ〉+|L〉)/槡2，|L?〉→(|Ｒ〉－|L〉)/槡2」onthepolarizationDOFofphoton．Xisahalf-waveplatewhichperfo
域实验缺陷引起的错误只会降低成功概率，而不会降低保真度．利用光子与量子点之间自避错的相位反转门，我们构造了光子量子点的Bell态分析器，它可以在自避错模式下工作．图3实线和虚线分别是无回收程序的相位反转门的成功概率与g/κ的函数关系，当κs=0．2κ和κs=0．1κ．这里取ω=ωc=ωX－，γ=0．1κ，这些在实验上可以实现．Fig．3ThesolidlineandthedashedlinearesuccessprobabilitiesoftheCPFgatewithoutrecyclingprocedurevsg/κforκs=0.1κandκs=0．2κ，respectively．γ=0．1κ，whichisexperimentallyachievable，andω=ωc=ωX－aretakenhere．当利用理想单光子探测器，即使在几乎真实的条件下，单光子探测器的未响应也标志着具有鲁棒保真度的相位反转门的成功，这对于光子量子比特的Bell态分析至关重要．探测器D探测到右圆偏振的一个光子的概率是ξ5=T2(11)它等于无回收程序的相位反转门的成功概率．在自避错相位反转门过程中，单光子探测器D的响应表明相位反转门失败．如公式(5)所示，当图2中的单光子探测器响应时，量子点自旋被投射到|ψ+〉状态，这与量子点自旋的初始状态完全相同．发生这种情况的概率为ξf=D2(12)我们可以输入另一个处于|?〉p状态的光子，重复相同的步骤，直到探测器没有探测到光子．这一过程可能最终将量子点-光子系统投射到所需的态|ψ〉3，从而使相位反转门的成功概率更高．当使用一个每秒产生10000个单光子的高效单光子源时［40］，我们可以在短时间内完成该方案．考虑到回收过程，自避错相位反转门的总成功概率ξt为ξt=T2·1－D2n1－D2(13)同样地，根据方程(10)，我们得到了光子的Bell态分析成功概
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