基于光子系统的量子关联与量子互文性理论与实验研究

发布时间：2019-08-12 17:09

【摘要】：量子纠缠是量子力学和量子信息科学中十分奇特也十分重要的课题。在量子力学中,它作为用来验证量子力学和各种隐变量理论正确性与否的重要的量子态,对人们加深对量子世界的认识起着十分重要的作用。而在量子信息科学中,对量子信息的存储,传输和处理都有赖于量子态的演化,而量子纠缠态无疑是众多量子态中最为典型也最为重要的一种。量子纠缠在量子信息的两大领域,即量子通信和量子计算中都有着十分重要的应用。在量子通信当中,量子纠缠是实现量子隐形传态必不可少的资源。而在量子计算当中,对两个量子比特最基本的门操作则是受控非门(CNOT),这种门操作事实上就是把两个量子比特纠缠起来的过程。另一方面,量子纠缠又十分脆弱,它极易受到环境的影响而被破坏,即所谓的消相干,因此研究量子纠缠在不同信道中的演化则具有十分重要的意义。这也是本人将量子纠缠作为研究课题的原因。本论文所取得成果有:1.在实验上首次验证了与输入态无关的Kochen-Specker理论。量子力学和隐变量的争论从量子力学诞生之初便一直持续至今,从早期的局域隐变量理论,到后来环境无关隐变量理论,人们始终在尝试通过实验的方法来验证量子力学和隐变量理论哪个是正确的。对于局域隐变量理论,最为著名的是Bell不等式,而对于环境无关隐变量,则是Kochen-Specker不等式,即KS不等式。早期的KS不等式由于测量方向太多,难以在实验上验证。最近与人提出,只需测量13个方向,便可完成与输入态无关的KS不等式验证。我们依据他们提出的理论,利用双折射晶体beam-displacer(BD)自行设计实验方案,完成了对与输入态无关的KS理论的实验验证,证明量子力学是正确的。2.对量子关联在不同信道中的演化进行了系统地研究。量子关联在量子信道中的演化一直量子信息中十分重要的问题,无论是量子通信还是量子计算,都和量子态的演化有十分密切的关系。一方面,量子关联作为一种资源,在量子通信和量子计算中起着非常重要的作用,另一方面,量子关联又会受到外界环境的影响逐渐消失,对量子信息处理产生不利影响,因此研究量子关联在信道中的演化问题便显得尤为重要,我们依据早期的一篇理论文章,对量子纠缠在信道中的演化出现的非对称情况进行了具体的研究,得到了一些有趣且十分重要的结论。
【图文】：

量子纠缠,量子信息,电子计算机,资源

图２．１第一台电子计算机ＥＮＩＡＣ逡逑作为量子信息的资源，量子纠缠无疑是十分重要的。量子纠缠是一种有别逡逑于任何经典特征的量子现象，它最早由Ｓｃｈｒ６ｄｉｎｇｅｒ提出［７］，，曾一度被Ｅｉｎｓｔｅｉｎ逡逑用来作为攻击量子力学完备性的武器，让Ｂｏｈｒ头疼不己，而如今他更多的是作逡逑为量子信息中不可或缺的关键资源来利用，没有量子纠缠，量子信息的诸多操逡逑作便无法实现，因此对量子纠缠的研宄便具有十分重要的意义。另一方面，量逡逑子纠缠又十分脆弱，它极易受到环境的影响而消退，即消相干，因此研宄量子逡逑纠缠的动力学演化特性有助于我们更好地利用量子纠缠完成量子信息中的各种逡逑操作。本文的主要内容一方面是研宄环境无关隐变量理论和量子力学的正确性逡逑问题，另一方面是系统地研宄了量子态在不同的量子信道下纠缠的演化情况。逡逑为了更好地了解量子信息科学，我们先简单介绍一下信息科学。信息科学逡逑是研宄信息的存储，传输和处理的一门学科。进入２０世纪，随着半导体技术和逡逑计算机技术的快速发展，人们对于信息的存储和处理的能力较之前己有很大的逡逑提高。而无线电在通信领域的广泛应用也大大提高了人们传输信息的能力。同逡逑时，以Ｓｈａｎｎｏｎ为代表的一批信息科学家建立了一套经典的信息理论，使得人逡逑

数学家,信息,量子纠缠,量子信息

ＢＢｉＭｍ逡逑ｍＫｍ邋ｍ逡逑图２．１第一台电子计算机ＥＮＩＡＣ逡逑作为量子信息的资源，量子纠缠无疑是十分重要的。量子纠缠是一种有别逡逑于任何经典特征的量子现象，它最早由Ｓｃｈｒ６ｄｉｎｇｅｒ提出［７］，曾一度被Ｅｉｎｓｔｅｉｎ逡逑用来作为攻击量子力学完备性的武器，让Ｂｏｈｒ头疼不己，而如今他更多的是作逡逑为量子信息中不可或缺的关键资源来利用，没有量子纠缠，量子信息的诸多操逡逑作便无法实现，因此对量子纠缠的研宄便具有十分重要的意义。另一方面，量逡逑子纠缠又十分脆弱，它极易受到环境的影响而消退，即消相干，因此研宄量子逡逑纠缠的动力学演化特性有助于我们更好地利用量子纠缠完成量子信息中的各种逡逑操作。本文的主要内容一方面是研宄环境无关隐变量理论和量子力学的正确性逡逑问题，另一方面是系统地研宄了量子态在不同的量子信道下纠缠的演化情况。逡逑为了更好地了解量子信息科学
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O413

【参考文献】