利用光学腔中的原子实现纠缠制备与量子通信

我们提出了一个将不同腔中的原子纠缠于EPR态的方案 ,该系统包含五能级的单原子 ,将其置于存在外驱动场的光腔中 ,原子与环境通过一个部分透光的镜子交换能量 ,光腔的输出由单光子探测器接收。同时我们将其应用于量子通信 ,给出了一种准安全的应用———安全直接通信。与其他量子密码方案相比 ,本方案具有即时性 ,信息能在传输过程中被编码。通过在传输模式与探测模式这两种不同的通信模式之间进行随机切换 ,即可实现上述功能。本方案涉及到高Q腔中原子的激光操控 ,可调的四分之一波片与半波片 ,分束器 ,偏振分束器以及单光子探测器。以上涉及到的问题 ,就目前的技术水平来说 ,均可以在实验室的层面上实现。

自发参量下转化光子对的轨道角动量

自发参量下转换过程中产生的光子对的轨道角动量是纠缠的。我们计算了薄晶体产生的光子对轨道角动量的相对振幅。结果显示相对振幅依赖于两个拉盖尔系数l和p。我们还讨论了实验中用来模式分析的全息片和单模光纤的影响。我们认为下转换光子对轨道角动量的无限维在实际中只有有限维是可用的。

噪声信道下的远程混态制备

量子信息过程实际上也就是量子态的制备 ,操作 ,传输的过程。量子隐形传态 (quantumteleporation)给我们提供了一种远程制备量子态的方法。近来 ,远程态制备 (remotestatepreparation)的研究越来越受到人们的关注。它给我们提供了一种新的远程制备量子态的方法。与量子隐形传态不同的是 :传送方 (Alice)知道要传送的态 ,并且接收方知道要传送态所处在的系综。我们给出了在两种具体噪声信道 (depolarizinganddephaseing)下的任意量子态的远程制备方案 ,并且给出了噪声信道的参数与态保真度之间的关系以及同一系综下不同态的传送保真度曲线。我们利用自发参量下转换过程产生的双光子纠缠对作为噪声量子信道 ,也就是说在我们的实验中 ,我们只讨论消位相(dephaseing)信道下的远程态制备。

级联动力学退耦合与无消相干子空间实现量子计算

量子计算与量子信息过程中一个最主要的障碍量子消相干问题。克服量子消相干的策略 ,一般可以分为两大类方式 :量子编码和动力学控制。近年来 ,无消相干子空间的量子编码以其能够有效的避免消相干过程得到了人们的广泛关注 ,在理论和实验上都取得了较大的进展。另外 ,利用强快脉冲实现量子系统与环境的动力学退耦合也可以有效的压缩消相干过程 ,动力学退耦合的噪声控制形式也得到了广泛研究。本文利用强快脉冲实现量子比特与环境的部分退耦合 ,然后用两个量子比特编码到无消相干子空间 ,从而可以克服系统与环境的一般耦合带来的消相干。另外 ,我们考虑了量子比特之间的相互作用 ,两个量子比特的耦合会导致量子信息在量子比特之间的非控制流动 ,使量子计算失败。我们利用对两个量子比特实行非同步的脉冲控制 ,使编码的量子态在比特间固有相互作用影响下保持稳定。我们给出了一维比特串结构的量子计算机模型 ,每个计算单元内包括三个逻辑比特 ,每个逻辑比特采用不同的脉冲控制保护量子比特态的稳定。通过调节控制脉冲 ,有顺序的“打开”不同的相互作用 ,可以得到普适的逻辑门组 ,从而实现了可扩展、容错的普适量子计算机。