量子位移操作在量子信息中的应用

发布时间：2017-04-16 02:05

  本文关键词：量子位移操作在量子信息中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：量子信息是二十世纪八十年代兴起的新兴研究方向,它是量子力学与计算机信息相结合的产物。量子纠错技术是一种确定性技术,即通过对量子比特的测量获取量子比特的错误信息并实现纠错。而量子态的提纯、蒸馏和放大是一个概率性过程,目前其概率只有百分之一甚至1×10-6。量子纠缠态是量子信息中重要的量子资源之一,因此研究提高量子纠缠态的提纯、蒸馏和放大概率的问题具有重要意义。本文从量子光场的位移操作出发,首先研究了相干位移操作在连续变量量子纠缠态蒸馏中的应用,其次提出了相干位移操作辅助下的量子放大方案,最后探索了量子放大器在量子目标探测中的应用。论文主要工作如下：1.研究了相干位移操作辅助下的量子纠缠蒸馏。光子擦除是使用最广泛的纠缠蒸馏方案。针对光子擦除型纠缠蒸馏方案产出纠缠质量低的问题,设计了基于光学分束器和相干态光场的位移操作方案。理论推导出一阶量非零的高斯量子态相空间到光子数空间的转化定理。籍此定理刻画了输出纠缠的纠缠度与相干位移操作之间的关系,得到输出纠缠在α’=±0.30时达到极大值。研究了分束器透过率T0变化时输出纠缠的纠缠度以及成功概率的变化情况,当T0=0.99时,输出纠缠度为EN=1.0542,成功概率为Pdist=7.96×10-5。2.研究了位移操作辅助下的量子线性放大器。量子线性放大器可以提高量子态传输的保真度,提高量子通信抗干扰、抗损耗能力。针对目前量子线性放大器放大增益和放大成功概率低的问题,提出了相干位移增强型量子线性放大器方案。在0-1光子数子空间中,给出了位移操作提升量子线性放大器的物理机制,推导出放大增益得以进一步提高所需的位移操作的阈值,基于局部位移操作的量子放大器相比Ralph方案的放大增益g增大了(1—β/α)g/(1+αβ)倍,即当-1/αβ0时,量子放大器的放大增益提高。应用态空间向光子数空间转化定理,在0-1光子数空间和多光子空间中,验证了放大增益对位移量的依赖关系,给出了透过率分别为T0=0.8和T0=0.9时的△2对于β的依赖关系。研究了采用实际位移操作和非理想单光子源条件下,量子放大器的放大增益和放大概率问题,并对基于位移操作和基于压缩操作的放大器进行了对比,引入相干态|β以后,其它条件不变的情况下,相应的放大增益从3提高到5.8。3.研究了量子放大器在量子目标探测中的应用。量子目标探测是基于量子纠缠态和量子测量实现的新型目标探测方法。本文首次将量子线性放大器与量子目标探测结合起来,将量子放大器置于量子目标探测的辅助光路上,通过改变放大器中的分束器的透过系数,调节放大器的放大增益,验证了量子线性放大器对于降低量子资源、提高量子目标探测可用性方面所具有的优势。针对目前量子目标探测消耗的纠缠数目大的实际问题,本文设计了量子目标探测中的光场放大方案,给出了放大增益存在下的目标探测误判概率的计算方法。进而,利用典型实验参数,在弱噪声和强噪声两种环境下验证了量子放大器可以大大降低纠缠消耗,在典型实验参数和误判概率给定时,量子目标探测所需的资源数目可以降低约3到10倍。
【关键词】：量子光场 量子位移操作 量子线性放大器 量子目标探测
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413;TN918
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 研究内容与创新点13
• 1.3 本文的组织13-15
• 第二章 量子光场的基本理论15-21
• 2.1 光场量子化15-17
• 2.2 光场FOCK态空间表象17
• 2.3 光场相空间表象17-18
• 2.4 量子光场的测量18-20
• 2.4.1 理想的光子数测量19-20
• 2.4.2 开关型光子测量20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 相干位移操作在连续变量量子纠缠蒸馏中的应用21-35
• 3.1 相干位移操作21-23
• 3.2 量子态演化及量子态从相空间向光子数空间的转化定理23-25
• 3.3 量子光场的分束操作25-29
• 3.4 位移操作辅助下的纠缠蒸馏方案29-32
• 3.5 纠缠及蒸馏成功概率32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 相干位移操作辅助下的量子放大方案35-43
• 4.1 相干位移算符辅助下的量子放大器方案36-37
• 4.2 物理实现量子放大器方案中的位移操作37-39
• 4.3 基于现实单光子源的放大方案39-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 量子放大器在量子目标探测中的应用43-53
• 5.1 量子放大器辅助下的量子目标探测43-46
• 5.2 低噪声条件下的量子目标探测研究46-48
• 5.3 强噪声环境下的量子目标探测研究48-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60
• 作者简历60

【参考文献】

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1 王志伟;周祥发;黄运锋;张永生;任希锋;郭光灿;;基于局域操作下的两量子比特混态纠缠蒸馏实验研究[J];物理;2006年11期

  本文关键词：量子位移操作在量子信息中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：309750