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量子纠缠态的制备和应用

李虹轶  
【摘要】: 量子信息学是近几年迅速发展起来的一门新兴交叉学科,它是量子力学和信息科学相结合的产物。所谓量子信息学,实质上就是研究用量子态编码的信息科学。量子态具有非经典的量子纠缠现象,这就使得量子信息能够实现经典信息不可能实现的新功能,如基于纠缠的量子密钥分配,量子隐形传态,稠密编码等等。纠缠是一种有用的信息资源,可以说,量子信息研究的目的在很大程度上就是开发和利用纠缠,因而对量子纠缠态的研究是一件十分有意义的事情。 本文主要研究了量子纠缠态的各种制备方案以及它的一些应用,对其进行了总结和分类,并提出了一种应用线性光学方法实现纠缠态制备的方案。文章包括下面几个部分: 1.首先从人们对量子力学理论的争论出发引出了量子纠缠态;接着证明了Bell定理,从而给出了一种在实验上验证局域隐变量理论的方法;最后,给出了量子纠缠态的定义,介绍了几种常用纠缠态,并讨论了纠缠态的度量问题。 2.介绍了纠缠的几个经典的应用方案:稠密编码、隐形传态和量子密钥分配。总结了纠缠态在一些新领域应用的研究进展,几个纠缠应用新方案使量子纠缠态开始摆脱基础研究范畴走向实用化。 3.介绍了纠缠态的几种制备方案:离子阱方案,腔量子电动力学方案(C-QED)和自发参量下转换方案(SPDC),结合它们各自的特点分析了每种方案的优缺点,并对SPDC方案的新发展做了简要介绍。 4.提出了一种基于部分纠缠光子源的高效量子密钥分配方案,并对其中的光学元件作了介绍,分析了该方案的可行性、安全性、误码率和密钥分配的效率,在一组选定的参数下和之前的同类方案进行了对比,可以看出该方案有着更加优越的安全性和效率,并且该方案中装置更加简单和易操作。


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