連續(xù)變量量子邏輯操作的實驗研究.pdf

1、量子計算機可以用來解決一些經(jīng)典計算機無法解決的問題。隨著理論與技術的成熟，更多科學家加入該領域的研究，量子通信與量子計算取得了突飛猛進的發(fā)展，將對未來科學技術以及人類的發(fā)展與進步發(fā)揮巨大的推動作用。人類進入量子信息時代的夢想一定會變?yōu)楝F(xiàn)實。
　　連續(xù)變量糾纏態(tài)光場是發(fā)展量子計算和量子信息網(wǎng)絡的重要基礎資源之一。為了實現(xiàn)基于光學連續(xù)變量的量子計算，首先必須制備高糾纏度的糾纏態(tài)光場。在攻讀博士期間，我完成的第一項研究工作是對制備糾纏態(tài)

2、光場的實驗裝置進行改進，獲得了6dB的連續(xù)變量糾纏態(tài)光場。之后利用連續(xù)變量四組份線性cluster糾纏態(tài)光場，實現(xiàn)了連續(xù)變量可控X操作的實驗研究。為進一步研究量子計算做了必要的前期準備。
　　我所完成的主要研究工作如下:
　　1.利用高精細度的光學模清潔器，將非簡并光學參量放大器(NOPA)的泵浦光束正交振幅和正交位相的噪聲降低到量子噪聲極限水平（即使泵浦光為真實的相干光）。同時通過改進電子學鎖定系統(tǒng)，嚴格控制鎖定系統(tǒng)帶來的

3、相位起伏噪聲。通過以上實驗條件的改進，我們將由非簡并光學參量放大器產(chǎn)生的糾纏態(tài)光束的正交分量關聯(lián)度從4dB提高到了6dB。實驗結果顯示，從非簡并光學參量放大器輸出的光束糾纏度還有進一步提升的空間。
　　2.設計了一種利用連續(xù)變量四組份cluster態(tài)，實現(xiàn)可控X操作的實驗系統(tǒng)，并通過實驗證實了該方案的可行性。我們利用量子離物傳態(tài)技術將輸入目標態(tài)和控制態(tài)的信息加載到輸出態(tài)上。利用離線制備的cluster糾纏態(tài)，平衡零拍測量和電子學的

4、前饋技術，將輸入控制態(tài)的信息加載到輸出目標態(tài)上。由于這個基于量子離物傳態(tài)的實驗方案利用了光學連續(xù)變量的非定域，決定性糾纏特性，所以具有非定域性和決定性等優(yōu)點。同時通過比較利用和不利用cluster糾纏態(tài)時輸出態(tài)保真度的提高，定量的說明了量子糾纏對計算精確度的影響。
　　3.在完善的量子信息系統(tǒng)中，需要利用更多組份的量子糾纏態(tài)，為此我們以六束正交位相壓縮態(tài)光場為基礎，通過選擇比例合適的分束器耦合，設計了產(chǎn)生六組份和八組份等權重線性c

5、luster態(tài)的實驗方案，計算了抑制反壓縮分量對cluster糾纏態(tài)量子關聯(lián)的影響。這一設計和計算方法可以推廣產(chǎn)生更多組份和不等權重的多組份糾纏態(tài)，為下一步研究提供了直接的理論參考。
　　所完成的有所創(chuàng)新的研究工作如下:
　　1.通過加入高精度光學模清潔器和對位相鎖定系統(tǒng)的改進，利用非簡并光學參量放大器實驗獲得了目前世界上糾纏度最高的兩組份EPR糾纏態(tài)光場。
　　2.利用四組份線性cluster糾纏態(tài)光場，實驗實現(xiàn)了連