量子非局域性蒸馏及其物理实现方案设计

【摘要】：量子力学作为一种特殊的理论,自诞生以来有着令人感到奇妙的特征。尤其是在20世纪80年代以后随着对量子力学的深入研究,量子信息的兴起以及隐形传态等一系列实验的成功使得人们认识到量子关联的重要性。量子纠缠和量子非局域性是描述量子关联的两种不同方式。人们对量子纠缠的认识己经比较深入,而量子非局域关联作为一种不同于量子纠缠的可以用于消除通信复杂度的关联需要我们进行更深一步的研究。 利用无通信理论下的关联盒子模拟量子非局域性,人们提出了各种不同效率不同蒸馏范围的非局域性蒸馏方案。目前提出的实现非局域蒸馏的方案都只针对两方非局域性盒子,那么多方关联盒子的非局域性蒸馏是否可以实现成为我们的研究重点。因此本论文重点讨论了在一般无通信理论下的多方多深度量子非局域性蒸馏方案的设计,同时研究如何在具体的物理系统中实现量子非局域性蒸馏。 本文的主要工作如下： 1.三方盒子的深度-3非局域性蒸馏。在已有的两方盒子深度-2非局域性蒸馏方案的基础上,我们将其推广到在无通信理论下的三方关联盒子的深度-3非局域性蒸馏方案形式。这里利用Svetlichny不等式度量相应的非局域关联的大小。同时我们对关联盒子之间的连接方式进行设计,尝试了所有可能的布尔操作,并在众多的方案中找出了高效的非局域性蒸馏方案。 2.多光子态模二加运算的物理实现。祖冲等人提出了用实验的方法实现两方关联盒子的非局域性蒸馏,说明要实现关联盒子的蒸馏方案,必须实现两光子态的模二加运算这一操作。因此,我们对祖冲的实验方案进行了改进,得到了能够实现两光子态、三光子态甚至是多光子态的模二加运算的物理方案。 3.三方非局域性蒸馏的物理实现方案。在三光子态模二加操作实现后,我们将这一实现方案引入到非局域性蒸馏中,设计出三方非局域性蒸馏的物理实现方案。