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《安徽大学》 2007年
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纠缠态的制备与纯化

杨名  
【摘要】: 量子信息是二十世纪八十年代发展起来的,由量子力学和信息科学相结合而形成的一门新兴学科。在量子信息学中,纠缠态扮演着极为重要的角色,可以说如果没有量子纠缠现象,就不会有现在所说的量子信息。纠缠态的特殊物理性质,使量子信息具有经典信息所没有的许多新的特征,纠缠态为信息传输和信息处理提供了新的物理资源,是当前迅速发展着的量子信息科学的基础,在量子通信和量子计算方面有着重要应用。纠缠态是量子通信中量子信息传输的通道,对纠缠态的研究包括纠缠态的制备、纠缠源的分配以及纠缠态的操纵等方面。另外,量子系统的消相干是现在量子信息和量子计算实现过程中的瓶颈。故此,本博士论文主要对纠缠态的制备和纠缠态的纯化两个大方面的问题进行了研究,所做的主要工作有: 一、提出基于线性光学方法的离子纠缠态的制备物理方案。该方案的优点在于没有以前方案中的来自不同的离子的散射光子的相对位相问题;探测的光子为入射的光子,所以比探测散射光子容易;不仅可以从直积态中制备最大纠缠态,而且可以从混合纠缠态中制备得到纯的最大纠缠态。 二、提出基于Λ型三能级原子与相干光场之间的大失谐相互作用的多原子纠缠态和多腔场纠缠相干态的制备物理方案。这里的特色在于利用Λ型三能级原子与相干光场之间的大失谐相互作用的特殊性质设计出实现从原子到相干光场、从相干光场到原子、从原子到原子以及从相干光场到相干光场的量子受控非门操作物理方案,并详细分析了其实验可行性。 三、提出实现任意维系统的已知和未知纯的非最大纠缠态的浓缩一般方案,并给出这些方案在腔QED系统和线性光学系统中的物理实现。研究发现,可以利用广义的受控非门操作实现任意维系统未知非最大纠缠态的浓缩;利用基于量子态的区分的纠缠交换可以实现任意维系统已知非最大纠缠态的浓缩。这里我们只需要利用局域纠缠而非远程纠缠便可提高远程纠缠;对于任意维系统己知非最大纠缠态的浓缩,可以仅仅通过引入一个二能级系统作为辅助来实现。 四、提出未知混合纠缠态的纠缠纯化物理方案。包括基于线性光学方法离子混合纠缠态的纠缠纯化物理方案、基于A型三能级原子与相干光场之间的大失谐相互作用的原子混合纠缠态和混合纠缠相干态的纠缠纯化物理方案。基于线性光学方法离子混合纠缠态的纠缠纯化物理方案无需利用原始的纠缠纯化方案中所固有的但在实验中较难实现的控制非操作,这使得该方案的实验可行性大大提高。并且,该方案是我们所知道的迄今为止的第一个适用于离子混合纠缠态的纠缠纯化物理方案。 五、详细分析了基于线性光学方法的离子纠缠态的制备和混合离子纠缠态的纯化物理方案的实验可行性。 六、基于腔QED方法提出一种能够通过一步操作就可以将联合的Bell态测量转化为单个比特测量的直积的未知原子态隐形传态物理方案,并且成功的概率为1.0。同时,这里的腔衰减和热场对方案没有影响,这无疑大大提高了该方案的实验可行性。
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