基于线性光学体系的量子资源研究

发布时间：2021-05-20 18:12

　　量子力学与信息学的结合产生了量子信息学。量子信息学的基础是使用量子态来编码信息,即量子比特。由于量子系统拥有纠缠和相干等量子关联,这些关联使得某些量子任务拥有超越经典任务的能力。由于这种重要性,纠缠和相干的资源化理论依次建立。在各种量子体系中,线性光学体系在研究量子系统性质方面拥有非常显著的优势,其中包括:光子与周围环境的耦合非常弱,光学体系的相干时间非常长,实验可以在常温下进行。因此,本文着眼于利用线性光学体系来研究量子系统的相干与纠缠的探测和度量。其中,第五到七章是本文的重点。第五章.量子相干应用:多路径干涉仪波粒二象性测量由于光子的波动性一开始是用干涉可见度来刻画的,因此,光子在干涉仪中的波粒二象性刻画和实验验证,长期停留在两路径的情形。随着量子相干资源化理论的兴起,研究者们提出了使用量子相干来刻画干涉仪中光子的波动性的方法,因此,适用于多路径的波粒二象性关系刻画的公式被陆续提出。在本章,我们搭设了一个三路径马赫-曾德干涉仪,使用l1范数相干度量刻画的相干来表达光子的波动性,实验上验证了一种紧的波粒二象性关系。第六章.与测量设备无关的通用纠缠目击实现纠缠目击的提出是为了帮助实验者... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
第二章 线性光学系统介绍
    2.1 量子光源
        2.1.1 预报单光子源
        2.1.2 纠缠光源
    2.2 量子态演化
    2.3 量子测量
    2.4 小结
第三章 量子纠缠
    3.1 纠缠的定义
    3.2 纠缠判定准则
        3.2.1 PPT准则(positive partial transpose criterion, PPT criterion)
        3.2.2 矩阵重排准则(matrix realignment criterion)
    3.3 纠缠的分类
    3.4 纠缠目击(entanglement witness)
        3.4.1 纠缠目击的性质
        3.4.2 纠缠目击的设计
        3.4.3 纠缠目击的缺陷
        3.4.4 与测量设备无关的纠缠目击
    3.5 纠缠的度量
        3.5.1 纠缠度量要满足的公理化条件
        3.5.2 纠缠蒸馏(entanglement of distillation)
        3.5.3 纠缠形成(entanglement of formation)
        3.5.4 concurrence
        3.5.5 negativity
        3.5.6 纠缠相对熵(relative entropy of entanglement)
        3.5.7 纠缠鲁棒性(robustness of entanglement)
    3.6 小结
第四章 量子相干
    4.1 量子相干的资源化理论
        4.1.1 非相干态的定义
        4.1.2 最大相干态的定义
        4.1.3 非相干操作的定义
    4.2 相干度量
        4.2.1 具有操作意义的相干度量
        4.2.2 满足公理化条件的相干度量
        4.2.3 常用的相干度量
    4.3 相干目击
    4.4 小结
第五章 量子相干应用:多路径干涉仪波粒二象性测量
    5.1 波粒二象性介绍
        5.1.1 两路径干涉仪中的波粒二象性
        5.1.2 基于l_1范数定义的波粒二象性
    5.2 多路径干涉仪的波粒二象性
        5.2.1 方案介绍
        5.2.2 实验实施和装置
        5.2.3 可见度C和可区分度D的求值
        5.2.4 数据分析
    5.3 小结
    5.4 附录: 三路径干涉仪密度矩阵ρ的推导
第六章 与测量设备无关的通用纠缠目击实现
    6.1 问题背景
        6.1.1 纠缠目击存在的问题
        6.1.2 NPT纠缠的分类
    6.2 通用纠缠探测
        6.2.1 半量子游戏框架及其与纠缠探测的联系
        6.2.2 MDI-UEW
        6.2.3 纠缠目击度量(entanglement-witness measure,EWM)
    6.3 实验实施和装置
    6.4 数据分析
    6.5 小结
    6.6 附录:本章公式推导
        6.6.1 纠缠目击算子拆分为量子问题态
        6.6.2 实验中使用的正定算符值测量(POVM)
        6.6.3 贝尔对角态的分类
        6.6.4 选择W_0作为量子问题态来源的原因
        6.6.5 遍历获得最优POVM基Z的方法
第七章 计算机辅助的实验技术
    7.1 什么是计算机辅助技术
    7.2 为什么要使用计算机辅助技术
    7.3 实现技术
        7.3.1 图形界面程序
        7.3.2 面向对象编程
        7.3.3 CSharp语言简介
    7.4 综合硬件控制程序设计
        7.4.1 常用硬件介绍
        7.4.2 需求分析
        7.4.3 类设计的实例
        7.4.4 界面构建
    7.5 使用方法介绍
    7.6 小结
第八章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果


【参考文献】：
博士论文
[1]基于线性光学系统的量子信息实验研究[D]. 王轶韬.中国科学技术大学 2018



本文编号：3198210