基于BD干涉仪的隐藏非局域性研究与可调双光子态制备
发布时间：2021-09-06 12:24
量子纠缠在基础物理学中扮演着重要的角色,它是量子信息处理的核心资源,并且目前已得到广泛的开发与应用。在量子纠缠概念体系中,非局域性凸显出量子世界与经典世界的根本不同之处,并且量子非局域性在量子隐形传态、量子纠缠交换、量子密集编码以及量子计算中受到广泛关注与应用。本文主要讨论了量子非局域性以及使用局域滤波器进行隐藏非局域性的提取。我们首先介绍量子纠缠的研究背景和意义以及对非局域性的研究上的重要进展。随后,本文介绍了一些纠缠光源的基础理论知识以及使用纠缠光源进行的一系列实验操作。在纠缠光源制备上,本文主要介绍双光子纠缠态的制备方案。我们使用自发参量下转换制备双光子纠缠源,得到保真度为99.41%的最大纠缠态光源。在得到高保真度的纠缠光源的基础上,一方面在实验上,我们使用了一种简单且参数可调的局域态的制备方案。该方案包括基于自发参量下转换的双光子纠缠光源以及由Sagnac环和退相干通道组成的可调参数的消相干通道两部分。得到可调参数的局域态之后,我们使用了由BD干涉仪组成的POVM来构成局域滤波器,并对得到的局域态进行滤波操作之后,对滤波后的态进行量子态层析测量后,分析出最终的量子态对应的Be...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
量子关联的层级结构[4]
在空间上是分开的，并且分别由两个相距很远的观察者Alice和Bob（见图2.1）进行测量。Alice可以从几种可能的测量中选择一种来对她的系统进行测量，我们用x表示她的测量选择，同样，我们用y表示Bob的测量选择。一旦执行了测量，它们将在各自的系统上得到结果a和b。经过一轮一轮的实验，即使对测量值x和y进行了相同的选择，获得的结果a和b也可能有所不同。因此，这些结果通常由概率分布pabxy决定，该概率分布也可以取决于正在执行的特定实验。通过重复实验足够的次数并收集观察到的数据，因此可以对这种概率进行合理的估计。图2.1Bell方案结构图当实际进行这样的实验时（例如，通过生成成对的spin12粒子并测量不同方向上的每个粒子的自旋），通常会发现联合概率存在以下关系：pabxypaxpby（2.2）从结果上表明，即使两个系统相隔甚远，各个子系统得到的测量结果也并不是相互统计独立。但单从结果上看并不表明一个系统会对另一系统的产生某种直接影响，因为这种相关关系可能只是揭示了两个系统在交互时建立了某种依赖关系。在这里，我们需要引入局域隐变量概念进行详细说明。
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍7根据局域性假设，存在一组隐变量，其中隐变量会对双方测量结果的联合概率造成影响，一旦考虑了所有的隐变量，那么双方得到的测量结果应该是统计独立，也就是满足：pabxy,pax,pby,（2.3）如果局域隐变量理论成立，那么Alice与Bob构成的复合系统，它们的联合概率分布应该满足以下式子：pabxy=dqpax,pby,（2.4）其中集合，如果联合概率统计分布不能分解成式（2.4），那么我们称Alice，Bob构成的复合系统符合量子力学假设，具有非局域性，反之则称这样的量子态为局域态。然而在实际应用中，我们常用Bell不等式的另一个版本，CHSH不等式（1969年由JohnClauser等人提出）[22]，其思路与Bell不等式完全相似。在JohnClauser等人提出的实验中，仍然考虑粒子A与B构成复合系统，Alice对粒子A相关物理量进行测量，而Bob对粒子B相关物理量进行测量，如图2.1所示：图2.2CHSH不等式实验结构图其中图中的Z,X以及上图未出现的Y是量子力学中常见的Pauli算符，一个二能级结构的量子体系的力学量可以由这三种Pauli算符线性表示，其中这三种算符的表达式如下：01=10X，0-Y=0ii，10Z=0-1（2.5）CHSH不等式通过测量一组特定力学量来检验量子力学隐变量理论，在具体CHSH不等式实验中，选取的物理量为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantum nonlocality can be distributed via separable states[J]. Li-Jun Zhao,Yu-Min Guo,XianQing Li-Jost,Shao-Ming Fei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(07)
博士论文
[1]基于高保真度多光子纠缠源的量子关联实验研究[D]. 张超.中国科学技术大学 2016
[2]量子通信中的量子消相干和量子中继器[D]. 童朝阳.湖南师范大学 2008
本文编号：3387456
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
量子关联的层级结构[4]
在空间上是分开的，并且分别由两个相距很远的观察者Alice和Bob（见图2.1）进行测量。Alice可以从几种可能的测量中选择一种来对她的系统进行测量，我们用x表示她的测量选择，同样，我们用y表示Bob的测量选择。一旦执行了测量，它们将在各自的系统上得到结果a和b。经过一轮一轮的实验，即使对测量值x和y进行了相同的选择，获得的结果a和b也可能有所不同。因此，这些结果通常由概率分布pabxy决定，该概率分布也可以取决于正在执行的特定实验。通过重复实验足够的次数并收集观察到的数据，因此可以对这种概率进行合理的估计。图2.1Bell方案结构图当实际进行这样的实验时（例如，通过生成成对的spin12粒子并测量不同方向上的每个粒子的自旋），通常会发现联合概率存在以下关系：pabxypaxpby（2.2）从结果上表明，即使两个系统相隔甚远，各个子系统得到的测量结果也并不是相互统计独立。但单从结果上看并不表明一个系统会对另一系统的产生某种直接影响，因为这种相关关系可能只是揭示了两个系统在交互时建立了某种依赖关系。在这里，我们需要引入局域隐变量概念进行详细说明。
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第二章相关背景知识介绍7根据局域性假设，存在一组隐变量，其中隐变量会对双方测量结果的联合概率造成影响，一旦考虑了所有的隐变量，那么双方得到的测量结果应该是统计独立，也就是满足：pabxy,pax,pby,（2.3）如果局域隐变量理论成立，那么Alice与Bob构成的复合系统，它们的联合概率分布应该满足以下式子：pabxy=dqpax,pby,（2.4）其中集合，如果联合概率统计分布不能分解成式（2.4），那么我们称Alice，Bob构成的复合系统符合量子力学假设，具有非局域性，反之则称这样的量子态为局域态。然而在实际应用中，我们常用Bell不等式的另一个版本，CHSH不等式（1969年由JohnClauser等人提出）[22]，其思路与Bell不等式完全相似。在JohnClauser等人提出的实验中，仍然考虑粒子A与B构成复合系统，Alice对粒子A相关物理量进行测量，而Bob对粒子B相关物理量进行测量，如图2.1所示：图2.2CHSH不等式实验结构图其中图中的Z,X以及上图未出现的Y是量子力学中常见的Pauli算符，一个二能级结构的量子体系的力学量可以由这三种Pauli算符线性表示，其中这三种算符的表达式如下：01=10X，0-Y=0ii，10Z=0-1（2.5）CHSH不等式通过测量一组特定力学量来检验量子力学隐变量理论，在具体CHSH不等式实验中，选取的物理量为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Quantum nonlocality can be distributed via separable states[J]. Li-Jun Zhao,Yu-Min Guo,XianQing Li-Jost,Shao-Ming Fei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(07)
博士论文
[1]基于高保真度多光子纠缠源的量子关联实验研究[D]. 张超.中国科学技术大学 2016
[2]量子通信中的量子消相干和量子中继器[D]. 童朝阳.湖南师范大学 2008
本文编号：3387456
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