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量子纠缠和纠缠转换的研究

本文围绕量子纠缠的度量、性质和纠缠的转换进行了研究。主要内容包括:详细阐述了两体纠缠度量须满足的基本条件,以及五种基本纠缠度量:von Neumann熵、结构纠缠、提取纠缠、相对熵纠缠和纠缠单调,给出了一类态相对熵纠缠的解析计算公式。证明了结构纠缠小于互信息,同时证明了对于任意的量子态(除了经典关联为0的态),它的两个约化密度矩阵的直积不可能为它的最近分离态。研究了在纠缠的两体两维系统中,一个系统的一些操作可导致另一个系统发生相应的变化。这些能影响另一个系统的操作就是PS操作(不完备的测量操作),并得出了在一系统的PS操作下,另一个系统转换后的约化态。利用这个公式,讨论了如何概率地远距态纯化和远距态制备。借助于两体纠缠纯态转换的Nielsen定理,指出了纠缠可用来帮助纠缠纯态的转换,并且证明了在局域操作和经典通信下,两个不存在相互作用的纯态系统的信息可以发生互换。利用辅助系统得到了在局域操作和经典通信下,一定的纠缠纯态转换到特定  (本文共104页) 本文目录 | 阅读全文>>

《通讯世界》2017年21期
通讯世界

单光子探测在量子通信中的应用

图1量子通信流程图1引言2016年8月16日,“墨子号”实验卫星成功发射升空,这是我国也是世界首颗量子科学实验卫星,标志着我国在量子科技上迈出了重要的一步。量子通信的物理原理是量子纠缠效应,通过对处于纠缠态的量子对进行测量观测,从而实现信息传递,相对于传统通信方式,其优势在于安全和高效。量子通信的不断发展,既可以使人类的通信更加保密、迅速,又可以开启新的产业潮流,促进经济社会的发展,创造巨大的经济效益。单光子是量子信息的载体,单光子探测技术利用新式光电效应对入射的单个光子进行测量,是推动量子信息产业发展的科学基础。单光子探测作为核心技术之一,对量子密钥分发系统的量子密钥生成速率有重要影响。2量子通信与量子卫星1993年,美国科学家C.H.Bennett首先提出了量子通信(Quantum Teleportation)的概念,由量子态携带信息,利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信。量子通信的基本原理是量子叠加和量子纠缠,量子...  (本文共2页) 阅读全文>>

湖南师范大学
湖南师范大学

电磁诱导透明系统中的量子纠缠及压缩转换

量子信息和量子计算是近十年来迅速发展起来的,量子力学与信息科学相结合的产物。其主要目标是充分利用量子态的相干性,以崭新的方式进行信息的存储、转换、传递和处理,从而完成传统经典方式不能完成的任务。量子信息过程中的一个重要环节就是量子信息的传递和转换。由于光子具有最快的传播速度和很强的稳定性,它在量子信息中具有相当重要的地位,因此如何实现光子的量子信息的传递与转换也就成为了一个重要的课题,而其中一个重要的步骤就是纠缠态的制备和光场压缩的转换。本文就如何利用电磁诱导透明系统来实现光子高维纠缠态的制备及光场与原子系综之间的压缩转换进行了理论的探讨。本论文主要研究如何利用电磁诱导透明系统实现光子与光子的高维纠缠,以及光场正交压缩与原子正交压缩之间的转换关系。本论文共分为六章,其中第四章和第五章的全部内容是我们自己的工作,各章的具体内容如下:第一章介绍了电磁诱导透明的历史以及关于电磁诱导透明的主要研究成果。第二章系统地介绍了基于单个Λ型三能...  (本文共62页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东师范大学
山东师范大学

光量子纠缠态的制备与应用

量子纠缠态在基本量子物理研究领域中有着极其重要的地位,同时又是量子信息技术的核心问题。光量子纠缠态也是量子光学领域最近的研究热点。本文简单介绍了光量子纠缠态的研究进展,重点论述了双光子纠缠态的制备与应用方案。非线性晶体中的自发参量下转换过程是目前最普遍的光量子纠缠态的制备方案,本文详细介绍了自发参量下转换产生纠缠光子对方案的原理。很多纠缠态的实验都在这个基础上展开,但一般来说,参量下转换产生纠缠光子对的效率很低,因此提高纠缠光子对的效率是需要迫切解决的问题。为此本文又进一步介绍了利用准相位匹配过程制备光量子纠缠态的方案,并提出了应用准周期准相位匹配晶体中的参量混频过程制备光量子纠缠态的方案。近年来,纠缠态,特别是双光子纠缠态,已经不再拘束于当初EPR(爱因斯坦Einstein,波多尔斯基Podolsky和罗素Rosen)提出的深奥玄妙的理论概念,而被应用到很多高新技术和基础研究领域,比如:光探测器量子效率绝对标定及光辐射绝对测量...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

量子纠缠源的制备和应用

量子纠缠是量子力学特有的一个特征,也是和经典力学最不相同的一个地方。量子纠缠是多个量子系统之间的非定域、非经典的强关联。量子纠缠从被提出到完善已经发展了近百年,各种制备方法和各种方面的应用也相继被提出。量子纠缠的主要制备方法有以下几个:基于非线性晶体的二阶非线性的自然参量下转换和准相位匹配技术;基于光纤三阶非线性效应的四波混频;基于光学参量的压缩态纠缠源。随着量子纠缠源被制备出来,量子纠缠的应用也得到了很大的发展,如量子隐形传输,纠缠交换,量子密钥分配,量子密集编码等通信方面的研究,还有量子计算机、量子成像、量子测距、量子时钟同步等等。论文内容分成了三个部分,第一部分是量子纠缠源的发展、基础知识和量子纠缠源的主要应用;第二部分是量子纠缠源的制备,并详细地介绍了自然参量下转换的方法制备两方纠缠源的实验,我们用的晶体是BBO晶体,描述了整个实验的原理、流程和结果;第三部分是量子纠缠源的一个应用,连续变量量子匿名投票。其中二,三是我主...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

山西大学
山西大学

双腔系统中的两原子纠缠

与经典的理论不同,量子纠缠是量子体系之间非定域性关联,作为一种重要的物理资源,量子纠缠在量子信息科学中起着关键的作用。近年来,量子纠缠的研究主要包括以量子纠缠的制备、量子纠缠的度量和量子纠缠的利用三个方面。人们通过不同的量子体系,如腔QED,离子阱,线性光学系统等,实现了纠缠的制备。量子纠缠的度量是对体系所带纠缠量的定量描述,尽管人们对纠缠的度量不断进行深入的研究,但对两体纠缠度的描述是比较完善的,而对于多体纠缠度的描述仍然是不明确的。因此,对于多体纠缠的度量的探究仍是需要逐步完善的课题。量子纠缠在动力学演化过程中会表现出一些特性,如纠缠猝死(entanglement sudden death (ESD))、纠缠恢复(revival of entanglement)和纠缠忽然产生(entanglement sudden birth (ESB))。这些特性与消相干行为不同,后者表现出一种无限时间内的渐进过程,而前者则是在有限时间内...  (本文共52页) 本文目录 | 阅读全文>>