刘艳红:基于原子系综的量子网络研究论文

刘艳红:基于原子系综的量子网络研究论文

本文主要研究内容

作者刘艳红(2019)在《基于原子系综的量子网络研究》一文中研究指出:量子信息科学是量子力学和信息科学的交叉学科,近年来伴随着量子信息技术的迅猛发展,量子网络的构建倍受科学家关注。量子网络由许多节点和通道组成,它的实现需要产生和表征节点间的量子相干和纠缠。量子网络的基础是量子互连,它以可逆的方式将量子态从一个物理系统转换到另一个物理系统。量子网络中的这种量子连通性可以通过光和原子的相互作用来实现,从而允许纠缠在网络上分布以及量子态在节点之间传输。因此,量子网络的构建首先需要制备在量子节点间传输的量子态,即可以和节点相互作用的非经典光场的制备;接着将制备的非经典光场与节点相互作用,实现量子态的转移,以构建非局域的节点间纠缠。在连续变量领域,通常利用光学参量过程实现非经典光场的制备,它的非经典特性一般用光场的正交分量或偏振分量间的量子纠缠来描述。其中光场的偏振分量和原子的自旋波均可以用斯托克斯算符来描述,这样更有利于讨论光场和原子的相互作用,并且光场偏振分量的测量不需要本地振荡光,因此我们开展了对偏振非经典光场的制备和应用研究。量子态是量子信息处理的基本元素。在远距离量子通信中,无论是光纤还是大气介质中,量子态会受到外界环境的影响引入损耗而使其量子特性降低。量子中继将量子存储﹑纠缠蒸馏以及纠缠交换几个基本原理结合,克服了由于远距离传输引入的一系列损耗,原子节点可以作为量子中继器。量子存储可以实现不同物理系统间量子态的转移,并且与纠缠蒸馏和纠缠交换相结合为量子网络的构建提供了有利条件。本文的主要研究内容如下:1.建立了偏振压缩光场和偏振纠缠光场的制备系统,包括一个外部倍频腔和三个光学参量放大器。外腔倍频系统产生的二次谐波用作光学参量放大器的泵浦光。实验中,分别利用一个﹑两个和三个简并光学参量放大器产生了正交压缩态光场﹑EPR纠缠态光场以及三组份GHZ纠缠态光场,并且经过偏振分束棱镜耦合后将其转换为偏振压缩和纠缠态光场。2.理论提出了实现双原子系综纠缠的方案。首先利用拉曼机制实现两组独立的光与原子混合纠缠,然后利用纠缠交换技术实现两个原子系综之间纠缠。3.实验制备了连续变量三组份GHZ纠缠态光场,并在三个距离为2.6米的铷原子系综中利用EIT机制实现了三组份纠缠态光场的存储,通过量子态映射的方法建立了三个原子系综间的量子纠缠。随后,将被存储的纠缠光场通过三个光学通道释放,通过对释放光场关联方差的测量验证了原子系综间量子纠缠的存在。4.量子网络的发展依赖于远距离量子节点之间高质量的纠缠,在实际应用中不可避免的退相干限制了纠缠的质量。将一对EPR纠缠光通过量子通道分发到两个独立的原子系综建立原子系综的纠缠后,二次制备EPR纠缠光场与有关联的两个原子系综再次干涉实现原子系综的纠缠蒸馏。该方案仅需原子系综量子存储以及平衡零拍探测,克服了由于远距离传输可能引入的相位噪声,实现了更高量子关联度的原子系综间的纠缠,而且该方案可以拓展到更多组份的原子系综之间,用来蒸馏和纯化多个节点间的纠缠。5.高效率的量子存储可以用于量子计算﹑量子网络以及纠缠蒸馏等方面。理论研究并分析了腔增强连续变量量子纠缠存储的模型,并且在实验中将热原子系综放置在光学谐振腔内,通过增强光和原子之间的相互作用,提高光学存储效率。所完成的研究工作创新之处如下:1.实验制备的与铷原子D1吸收线对应的偏振非经典光场,可以直接和原子系综相互作用,并且偏振分量的量子噪声的测量不需要本地振荡光,降低了测量系统的复杂性。并且可以将实验方案扩展到多组份偏振纠缠光场的制备。2.首次在实验上利用量子态映射的方法实现了三个远距离原子系综之间的确定性纠缠,而且实验方案引入的额外噪声小,可以方便拓展到多个量子节点。3.理论上提出了仅需要高斯操作和平衡零拍探测技术就可以实现的原子系综间的连续变量纠缠蒸馏,避免了较为复杂的非高斯操作和效率较低的单光子探测。

Abstract

liang zi xin xi ke xue shi liang zi li xue he xin xi ke xue de jiao cha xue ke ,jin nian lai ban sui zhao liang zi xin xi ji shu de xun meng fa zhan ,liang zi wang lao de gou jian bei shou ke xue jia guan zhu 。liang zi wang lao you hu duo jie dian he tong dao zu cheng ,ta de shi xian xu yao chan sheng he biao zheng jie dian jian de liang zi xiang gan he jiu chan 。liang zi wang lao de ji chu shi liang zi hu lian ,ta yi ke ni de fang shi jiang liang zi tai cong yi ge wu li ji tong zhuai huan dao ling yi ge wu li ji tong 。liang zi wang lao zhong de zhe chong liang zi lian tong xing ke yi tong guo guang he yuan zi de xiang hu zuo yong lai shi xian ,cong er yun hu jiu chan zai wang lao shang fen bu yi ji liang zi tai zai jie dian zhi jian chuan shu 。yin ci ,liang zi wang lao de gou jian shou xian xu yao zhi bei zai liang zi jie dian jian chuan shu de liang zi tai ,ji ke yi he jie dian xiang hu zuo yong de fei jing dian guang chang de zhi bei ;jie zhao jiang zhi bei de fei jing dian guang chang yu jie dian xiang hu zuo yong ,shi xian liang zi tai de zhuai yi ,yi gou jian fei ju yu de jie dian jian jiu chan 。zai lian xu bian liang ling yu ,tong chang li yong guang xue can liang guo cheng shi xian fei jing dian guang chang de zhi bei ,ta de fei jing dian te xing yi ban yong guang chang de zheng jiao fen liang huo pian zhen fen liang jian de liang zi jiu chan lai miao shu 。ji zhong guang chang de pian zhen fen liang he yuan zi de zi xuan bo jun ke yi yong si tuo ke si suan fu lai miao shu ,zhe yang geng you li yu tao lun guang chang he yuan zi de xiang hu zuo yong ,bing ju guang chang pian zhen fen liang de ce liang bu xu yao ben de zhen dang guang ,yin ci wo men kai zhan le dui pian zhen fei jing dian guang chang de zhi bei he ying yong yan jiu 。liang zi tai shi liang zi xin xi chu li de ji ben yuan su 。zai yuan ju li liang zi tong xin zhong ,mo lun shi guang qian hai shi da qi jie zhi zhong ,liang zi tai hui shou dao wai jie huan jing de ying xiang yin ru sun hao er shi ji liang zi te xing jiang di 。liang zi zhong ji jiang liang zi cun chu ﹑jiu chan zheng liu yi ji jiu chan jiao huan ji ge ji ben yuan li jie ge ,ke fu le you yu yuan ju li chuan shu yin ru de yi ji lie sun hao ,yuan zi jie dian ke yi zuo wei liang zi zhong ji qi 。liang zi cun chu ke yi shi xian bu tong wu li ji tong jian liang zi tai de zhuai yi ,bing ju yu jiu chan zheng liu he jiu chan jiao huan xiang jie ge wei liang zi wang lao de gou jian di gong le you li tiao jian 。ben wen de zhu yao yan jiu nei rong ru xia :1.jian li le pian zhen ya su guang chang he pian zhen jiu chan guang chang de zhi bei ji tong ,bao gua yi ge wai bu bei pin qiang he san ge guang xue can liang fang da qi 。wai qiang bei pin ji tong chan sheng de er ci xie bo yong zuo guang xue can liang fang da qi de beng pu guang 。shi yan zhong ,fen bie li yong yi ge ﹑liang ge he san ge jian bing guang xue can liang fang da qi chan sheng le zheng jiao ya su tai guang chang ﹑EPRjiu chan tai guang chang yi ji san zu fen GHZjiu chan tai guang chang ,bing ju jing guo pian zhen fen shu leng jing ou ge hou jiang ji zhuai huan wei pian zhen ya su he jiu chan tai guang chang 。2.li lun di chu le shi xian shuang yuan zi ji zeng jiu chan de fang an 。shou xian li yong la man ji zhi shi xian liang zu du li de guang yu yuan zi hun ge jiu chan ,ran hou li yong jiu chan jiao huan ji shu shi xian liang ge yuan zi ji zeng zhi jian jiu chan 。3.shi yan zhi bei le lian xu bian liang san zu fen GHZjiu chan tai guang chang ,bing zai san ge ju li wei 2.6mi de ru yuan zi ji zeng zhong li yong EITji zhi shi xian le san zu fen jiu chan tai guang chang de cun chu ,tong guo liang zi tai ying she de fang fa jian li le san ge yuan zi ji zeng jian de liang zi jiu chan 。sui hou ,jiang bei cun chu de jiu chan guang chang tong guo san ge guang xue tong dao shi fang ,tong guo dui shi fang guang chang guan lian fang cha de ce liang yan zheng le yuan zi ji zeng jian liang zi jiu chan de cun zai 。4.liang zi wang lao de fa zhan yi lai yu yuan ju li liang zi jie dian zhi jian gao zhi liang de jiu chan ,zai shi ji ying yong zhong bu ke bi mian de tui xiang gan xian zhi le jiu chan de zhi liang 。jiang yi dui EPRjiu chan guang tong guo liang zi tong dao fen fa dao liang ge du li de yuan zi ji zeng jian li yuan zi ji zeng de jiu chan hou ,er ci zhi bei EPRjiu chan guang chang yu you guan lian de liang ge yuan zi ji zeng zai ci gan she shi xian yuan zi ji zeng de jiu chan zheng liu 。gai fang an jin xu yuan zi ji zeng liang zi cun chu yi ji ping heng ling pai tan ce ,ke fu le you yu yuan ju li chuan shu ke neng yin ru de xiang wei zao sheng ,shi xian le geng gao liang zi guan lian du de yuan zi ji zeng jian de jiu chan ,er ju gai fang an ke yi ta zhan dao geng duo zu fen de yuan zi ji zeng zhi jian ,yong lai zheng liu he chun hua duo ge jie dian jian de jiu chan 。5.gao xiao lv de liang zi cun chu ke yi yong yu liang zi ji suan ﹑liang zi wang lao yi ji jiu chan zheng liu deng fang mian 。li lun yan jiu bing fen xi le qiang zeng jiang lian xu bian liang liang zi jiu chan cun chu de mo xing ,bing ju zai shi yan zhong jiang re yuan zi ji zeng fang zhi zai guang xue xie zhen qiang nei ,tong guo zeng jiang guang he yuan zi zhi jian de xiang hu zuo yong ,di gao guang xue cun chu xiao lv 。suo wan cheng de yan jiu gong zuo chuang xin zhi chu ru xia :1.shi yan zhi bei de yu ru yuan zi D1xi shou xian dui ying de pian zhen fei jing dian guang chang ,ke yi zhi jie he yuan zi ji zeng xiang hu zuo yong ,bing ju pian zhen fen liang de liang zi zao sheng de ce liang bu xu yao ben de zhen dang guang ,jiang di le ce liang ji tong de fu za xing 。bing ju ke yi jiang shi yan fang an kuo zhan dao duo zu fen pian zhen jiu chan guang chang de zhi bei 。2.shou ci zai shi yan shang li yong liang zi tai ying she de fang fa shi xian le san ge yuan ju li yuan zi ji zeng zhi jian de que ding xing jiu chan ,er ju shi yan fang an yin ru de e wai zao sheng xiao ,ke yi fang bian ta zhan dao duo ge liang zi jie dian 。3.li lun shang di chu le jin xu yao gao si cao zuo he ping heng ling pai tan ce ji shu jiu ke yi shi xian de yuan zi ji zeng jian de lian xu bian liang jiu chan zheng liu ,bi mian le jiao wei fu za de fei gao si cao zuo he xiao lv jiao di de chan guang zi tan ce 。

论文参考文献

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自山西大学的刘艳红,发表于刊物山西大学2019-11-12论文,是一篇关于量子网络论文,量子纠缠论文,纠缠交换论文,量子存储论文,纠缠蒸馏论文,山西大学2019-11-12论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自山西大学2019-11-12论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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