多自由度杂化纠缠的量子态制备

发布时间：2021-07-18 10:33

　　众所周知,量子纠缠是量子光学和量子信息领域中的必要资源,因此量子纠缠态的制备极其关键。近年来,多自由度量子纠缠态的制备引起了广泛的关注,这是由于它可以使量子通信具有更大的信道容量和更有效的量子信息处理能力。在此背景下,本论文研究光子的多自由度杂化纠缠态的制备、验证以及应用。我们利用光学器件调控量子态的方法制备了两光子三自由度杂化纠缠的W态。首先我们利用HWP和PDBS等非线性晶体产生偏振和路径这两个自由度,制备出两光子两自由度杂化纠缠的W态。接着,我们通过Q-Plate将其中一个光子的偏振状态转化成轨道角动量自由度,最终实现利用少量资源制备两光子三自由度杂化纠缠的W态。由于系统量子态是三自由度杂化纠缠的,而体系中仅含有两个光子,无法直接进行投影测量。因此,本文提出如何间接探测和验证该W态的方案,其理论依据是三量子比特纯态可由它的任意两个二量子比特的约化密度矩阵唯一确定。这种验证方法与已有的方案进行对比,大大提高了态制备的效率。所制备的W态具有强纠缠性以及传输更多量子信息的能力,并且该W态具有较好的抗比特丢失能力,若传输过程中丢失一个量子比特,其保真度为5/9。另外,我们还研究了两光子三... 

【文章来源】：杭州师范大学浙江省

【文章页数】：45 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

布洛赫球

量子隐形传态示意图

杭州师范大学硕士学位论文多自由度杂化纠缠的量子态制备133线性光学器件的介绍3.1相关器件介绍本文主要涉及到线性光学器件，其中最为关键的器件是半波片（HWP）、偏振相关分束器（PDBS）、偏振分束器（PBS）、空间光调制器（SLM）、螺旋相位板（Q-Plate）、道威棱镜（DP）。我们在这着重介绍PDBS、SLM、Q-Plate和DP。3.1.1偏振相关分束器PDBS对H（水平偏振）光和V（垂直偏振）光的作用如图3-1所示，用公式分别表示为：1341341,1HHHVVVaaaavava，(3.1)其中jHjVaa（）表示j模式中水平（垂直）偏振光的产生算符；（v）是H（V）光的透射系数，1-（1-v）是H（V）光的反射系数，它们取决于输入光的偏振状态[42-45]。图3-1光子态经PDBS的演化图3.1.2空间光调制器我们实验室的SLM只对水平偏振光敏感，水平偏振光以小角度（<5°）入射电脑编码的SLM晶体上，反射出来的光束就会携带上OAM自由度。理论上，水平偏振光束经SLM反射后可以携带任意高阶的OAM以及不同阶OAM的叠加状态，而不同的OAM态的产生是通过电脑对SLM的编码。3.1.3螺旋相位板螺旋相位板两端的表面结构分别为平面和螺旋状面，螺旋状表面类似与一个旋转楼梯，如图断面高度为d。当一光束通过这种透明板时，由于Q-Plate的厚

【参考文献】：
期刊论文
[1]量子计算和量子通信的发展研究及应用[J]. 阮利华.  信息系统工程. 2018(05)
[2]基于轨道角动量的多自由度W态纠缠系统[J]. 范榕华,郭邦红,郭建军,张程贤,张文杰,杜戈.  物理学报. 2015(14)



本文编号：3289401