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高效率参量下转换纠缠光源的研究及其应用

2020-12-02阅读(494)

高效率参量下转换纠缠光源的研究及其应用

论文摘要

参量下转换纠缠光源在线性光学系统中有着不可替代的作用,其可以被用来级联实现大规模的光量子线路。提高纠缠源品质一直是一个亟待解决的问题。之前的参量下转换光源收集效率低的主要原因是由于光子对的频率关联无法解除,所以需要使用窄带滤波片来解除频率所致。本文主要是通过优化参量下转换晶体的参数,找到一个无频率关联在收集效率和亮度都达到最优的参数,为了能够将其应用到实际通信中,我们将参量光波长控制在光纤损耗最小的通信波段。最终,我们得到了纯度为0.99,收集效率为0.97的高品质纠缠光源。在此纠缠源的基础之上,我们做了如下的研究工作:1.实现了十二光子GHZ态。光子GHZ态由于其强光联的特性可以被用来演示大量的量子线路,作为一种辅助资源,也可以被用来实现多方量子通信。2.实现了高效率光子随机boson sampling。通过对经典求解困难的问题,设计量子线路来求解并且能够彻底打败经典算法,极大的体现了量子力学的优越性。3.实现了高效率远距离的预报式纠缠态的制备。预报式高效率纠缠态可以克服本地产生纠缠源分发过程中的线路损耗,真正实现两地共享确定性纠缠,能够被用作一种资源来实现确定性量子计算。4.实现了无损的量子隐形传态。在传统的量子隐形传态实验中,由于其无法克服线路的损耗,导致量子隐形传态的实际成功率并不能比经典中直接传输显示出优势,而实现一个无损的量子隐形传态就是让我们能够更加高效的完成量子隐形传态过程。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第1章 绪论
  • 第2章 光学系统中常用基本概念和实验操作手段
  •   2.1 量子比特
  •   2.2 不同的单光子编码方式
  •     2.2.1 偏振编码
  •     2.2.2 路径编码
  •     2.2.3 time-bin编码
  •     2.2.4 轨道角动量编码
  •   2.3 两比特系统CNOT们操作的实现
  •     2.3.1 光子与光子之间的CNOT们实现
  •     2.3.2 光子自身偏振比特与轨道角动量比特之间的CNOT们实现
  •     2.3.3 光子偏振与路径的CNOT门实现
  • 第3章 参量下转换的理论与高效率纠缠源的设计
  •   3.1 参量下转换的理论过程
  •   3.2 参量下转换纠缠的研究状况
  •   3.3 设计SPDC源
  •     3.3.1 BBO晶体参数的设计
  •     3.3.2 Beamlike型BBO源的设计要求
  •     3.3.3 解频率关联的BBO设计
  •   3.4 总结
  • 第4章 实验实现12光子GHZ态
  •   4.1 多光子干涉原理
  •     4.1.1 贝尔态测量
  •     4.1.2 从两光子Bell态到多光子GHZ态的扩展
  •   4.2 实现12光子实验
  •     4.2.1 测试BBO的亮度性质
  •     4.2.2 搭建纠缠光子对
  •     4.2.3 主光路
  •     4.2.4 色散补偿
  •     4.2.5 超导纳米线探测器
  •     4.2.6 搭建12光子光路
  •     4.2.7 验证12光子纠缠
  •   4.3 总结
  • 第5章 实验实现随机玻色采样
  •   5.1 玻色采样原理
  •   5.2 玻色采样实验
  •     5.2.1 单光子源的产生
  •     5.2.2 矩阵线路
  •     5.2.3 探测部分
  •   5.3 随机玻色采样
  •     5.3.1 随机玻色采样原理
  •     5.3.2 随机玻色采样实验
  •     5.3.3 随机玻色采样结果
  •   5.4 总结
  • 第6章 实现远距离可预报纠缠源和无损的量子隐形传输
  •   6.1 研究背景
  •   6.2 纠缠交换
  •   6.3 实验实现远距离可预报纠缠态
  •     6.3.1 两种类型的双光子干涉
  •     6.3.2 预报式纠缠态产生原理
  •     6.3.3 实验实现高效率预报式远距离纠缠态
  •   6.4 远距离设备无关量子密钥分发
  •     6.4.1 贝尔不等式
  •     6.4.2 远距离的设备无关量子密钥分发实验方案
  •   6.5 实验实现无损量子隐形传态
  •   6.6 总结
  • 第7章 实验实现非局域测量
  •   7.1 非局域测量原理
  •   7.2 实验实现非局域破坏性测量
  •     7.2.1 多自由度纠缠态制备
  •     7.2.2 整体实验光路
  •   7.3 总结
  • 第8章 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 李渊

    导师: 陆朝阳,李力

    关键词: 参量下转换,频率关联,随机

    来源: 中国科学技术大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 中国科学技术大学

    分类号: O431.2

    DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000450

    总页数: 94

    文件大小: 7771k

    下载量: 10

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