基于線性光學(xué)系統(tǒng)的量子信息實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子信息學(xué)以信息學(xué)和量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，一方面將量子系統(tǒng)作為信息載體，利用量子比特獨(dú)有的相干、糾纏等特性，實(shí)現(xiàn)信息處理維度的擴(kuò)展，并由此衍生出量子通信、量子計(jì)算等一系列基于量子系統(tǒng)的信息處理新模式;另一方面，量子信息學(xué)從信息學(xué)的角度對(duì)量子物理學(xué)重新加以闡釋，通過對(duì)量子力學(xué)中的相干、非局域性等物理量予以系統(tǒng)化的定量描述，提出諸如量子資源化理論、貝爾非局域理論等，進(jìn)一步加深對(duì)人們對(duì)量子物理以及量子系統(tǒng)的深刻理解。量子信息學(xué)的這兩方面發(fā)展相輔

2、相成，并隨著現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)技術(shù)的飛速發(fā)展，在基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域都已發(fā)揮出巨大作用。
　　線性光學(xué)系統(tǒng)以光子態(tài)的偏振、路徑等屬性作為量子比特的載體，具有相干時(shí)間長、編碼維度多等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多種量子信息過程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。本文所取得的主要研究成果如下:
　　1.提出基于超快參量下轉(zhuǎn)換的糾纏純化理論方案。
　　我們將量子點(diǎn)輻射產(chǎn)生的糾纏光子對(duì)和窄脈沖激光同時(shí)入射非線性晶體，通過調(diào)節(jié)脈沖激光的波長和時(shí)間寬度，可令糾纏光子在參量

3、下轉(zhuǎn)化至通信波段的同時(shí)受到時(shí)間后選擇作用，降低量子點(diǎn)中間能級(jí)劈裂對(duì)糾纏度的影響。
　　2.基于二維材料的室溫單光子源的制備研究。
　　六方氮化硼具有約6eV的寬能帶帶隙，囚禁于深缺陷能級(jí)中的激子在室溫下不會(huì)被聲子激發(fā)為自由激子，因此六方氮化硼材料可用于制備室溫下的單光子源。我們通過對(duì)六方氮化硼薄片進(jìn)行離子注入和高溫退火等處理，實(shí)現(xiàn)了基于六方氮化硼材料的室溫單光子源的初步制備。
　　3.宇稱-時(shí)間對(duì)稱量子系統(tǒng)的量子模擬及

4、其中no-signalling principle的實(shí)驗(yàn)研究。
　　我們將一對(duì)糾纏光子對(duì)分配至處于類空間隔的兩地，利用線性光學(xué)系統(tǒng)和時(shí)間后選擇實(shí)現(xiàn)了非局域量子模擬器的構(gòu)建并模擬了宇稱-時(shí)間對(duì)稱量子系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了其中的no-signalling principle，演示了一定條件下宇稱-時(shí)間對(duì)稱量子系統(tǒng)中的信息超光速傳播現(xiàn)象。
　　4.實(shí)現(xiàn)測量精度超越經(jīng)典極限的能量循環(huán)型弱值測量。
　　我們通過將光學(xué)腔增益系統(tǒng)引入弱值