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量子信息处理的原理和光学实现的研究

周兰  
【摘要】:随着信息技术和量子力学的发展,以量子力学为基本规律的量子信息学逐渐形成。由于量子力学的叠加原理大幅度的提高了计算效率,而且量子力学的非经典相关使得真正的保密通讯(永远不会被破译)成为可能,量子信息学倍受关注,并成为当今学术界非常关心的热门领域。量子信息的核心旨在巧妙地利用量子相干性(对多粒子系统表现为量子纠缠)对信息的新型载体——量子比特进行操纵控制,以非常规的方式进行信息的编码、存储和传递。如今理论上对量子信息处理的探讨进行得如火如荼,为了证明在信息操纵和信息传输上量子力学具有着非常巨大的潜力,人们也急切的寻找着能实现量子信息处理的物理系统。过去几十年中,由于光学系统在量子工程上的深厚基础以及光学探测技术的发展,光学系统早已成为检验量子力学基本原理的重要系统,如今又自然的成为了实现量子信息处理的首选系统。 本文研究典型纠缠态的产生与制备、纠缠的量度和纠缠的传送,以及以纠缠为基础的几个典型量子信息处理过程(包括量子隐形传态、量子博弈和量子无错鉴别)的光学实现。本文的主要创新结果如下: 1、利用量子比特的单光子表示,提出了实现包括Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)态在内的两个量子比特的任意纠缠态的量子隐形传态的全线性光学实现方案。我们使用的线性光学元件分别是分束器、相移器和波片。这种全线性光学实现方案是基于单光子路径和极化都可以表示量子比特。该方案中我们总共使用了五个量子比特,其中四个是单光子的路径量子比特,一个是单光子的极化量子比特。 2、通过非线性光学元件与线性光学元件的组合,首次提出了一种


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