發(fā)布時間：2020-03-29 07:38

【摘要】：量子信息是一個新興的交叉學(xué)科,包含量子通信、量子計算和量子調(diào)控等,主要是利用微觀系統(tǒng)的量子特性來處理信息領(lǐng)域中的問題。相較于經(jīng)典信息,量子態(tài)(信息)具有不可克隆和可疊加的特性,使其在傳輸過程中具有很好的安全性,且量子比特具有比經(jīng)典比特大得多的信息存儲容量。故此,量子信息成為了當前的研究熱點,發(fā)展迅速。在量子信息學(xué)中,量子糾纏扮演著十分重要的角色,為了充分利用糾纏資源,通常使用的量子態(tài)必須是最大糾纏態(tài)或已知糾纏度的部分糾纏態(tài),所以如何準確度量量子態(tài)的糾纏程度就顯得十分重要。通常為了獲知量子態(tài)的糾纏度,必須首先利用量子態(tài)層析技術(shù)對該量子態(tài)的密度矩陣進行重構(gòu),再利用具體的糾纏度量方式計算得到該量子態(tài)的糾纏度。然而,量子態(tài)的糾纏度量并不需要獲知量子態(tài)的每個參數(shù),而僅僅需要量子態(tài)參數(shù)的某一組合,故此我們有可能通過某種精巧設(shè)計,直接測量出量子態(tài)的糾纏大小,從而避開復(fù)雜的量子態(tài)層析過程。另外,量子點系統(tǒng)因其具有較長的相干時間、超快的可控性與可檢測性以及很高的可集成特性已成為熱門的量子硬件系統(tǒng)。故此本論文圍繞量子點系統(tǒng)中兩電子自旋糾纏態(tài)的糾纏直接測量開展研究,主要的研究對象為一般的量子點電子自旋純態(tài)糾纏和混合態(tài)糾纏的直接測量方案設(shè)計。具體的研究內(nèi)容和所取得的成果包括如下三個方面:一、在雙面腔-量子點系統(tǒng)中,基于偏振光子與量子點電子自旋之間的相互作用,設(shè)計了量子點電子自旋純態(tài)糾纏的直接測量方案。為規(guī)避復(fù)雜的量子態(tài)重構(gòu)過程,每次需對待測糾纏態(tài)的兩個拷貝實施聯(lián)合操作和測量,這樣量子態(tài)的糾纏度可被編碼到某一輸出態(tài)的概率幅中。通過測量獲得該輸出態(tài)的概率直接得到待測量子態(tài)的糾纏度,即無需進行量子態(tài)層析就可精確度量待測量子態(tài)的糾纏度。另外,僅需對輔助光子的輸出狀態(tài)進行一次測量便可直接得到待測量子點電子自旋狀態(tài)的糾纏度,大大降低了糾纏測量的實現(xiàn)復(fù)雜度。因該方案只涉及單方用戶的局域操作,因此也適用于遠程量子點電子自旋糾纏并發(fā)度的直接測量;二、基于偏振光子與量子點電子自旋之間的相互作用,設(shè)計了內(nèi)嵌于雙面腔中的量子點電子自旋一般混合態(tài)——類Werner態(tài)的糾纏直接測量方案。由于實際可用的糾纏態(tài)絕大部分都為混合糾纏態(tài),且任意混合糾纏態(tài)均可通過局域隨機雙邊旋轉(zhuǎn)操作轉(zhuǎn)換為一個類Werner態(tài),因此研究兩量子點電子自旋類Werner態(tài)糾纏的直接測量方案具有重要的實際意義。利用輔助光子實現(xiàn)對待測類Werner態(tài)的兩個拷貝的聯(lián)合操作,并將兩量子點電子自旋類Werner態(tài)的糾纏大小編碼于測得輔助光子的某輸出態(tài)的概率上,從而實現(xiàn)無需量子態(tài)重構(gòu)的糾纏直接測量。雖然方案中,需要引入兩個輔助光子,但所涉及的僅為局域操作和經(jīng)典通信,因此該方案可適用于遠程糾纏并發(fā)度的直接測量。另外,這里需要對輔助光子實施兩次符合測量,方可準確得到類Werner態(tài)的糾纏大小。顯然,這里的測量次數(shù)比純態(tài)的情形多一次,這也正體現(xiàn)出混合態(tài)的糾纏比純態(tài)糾纏更加復(fù)雜的本質(zhì);三、基于偏振光子與量子點電子自旋之間的相互作用,設(shè)計了僅需一次光子態(tài)測量的量子點電子自旋混合態(tài)—Collins-Gisin態(tài)的糾纏直接測量方案。在兩體系統(tǒng)混合態(tài)中存在一類特殊的狀態(tài)——Collins-Gisin態(tài),具有特殊的Bell非局域性,因此對于該量子態(tài)糾纏的直接測量方案的研究具有重要意義。與類Werner態(tài)的糾纏直接測量方案類似,這里只需探測輔助光子的狀態(tài)即可直接得到該量子態(tài)的糾纏并發(fā)度。但與類Werner態(tài)的糾纏直接測量方案不同的是,這里僅需進行一次輔助光子的符合測量便可以精確得到該量子態(tài)的糾纏并發(fā)度,這使得量子點電子自旋Collins-Gisin態(tài)的糾纏直接測量方案簡單易行。
【圖文】：

的直接測量方案逡逑３．１腔－量子點系統(tǒng)中輔助光子與電子自旋的相互作用原理逡逑考慮將帶一個單電荷的量子點嵌入一個雙面腔中（如圖１所示），由于量子逡逑點在其生長方向的受限勢比其橫向要強，我們定義其生長方向為Ｓ子化軸也就是逡逑Ｚ軸方向［３４．４４】。當激光脈沖通過任何一個雙腔反射鏡注入到腔中時，適當?shù)墓忮义蠈W(xué)激發(fā)會產(chǎn)生一個包含著兩個電子和一個空穴的帶負電荷的激子Ｘ、根據(jù)泡利逡逑不相容原理，如果量子點所帶電子處在狀態(tài)｜邋＋邋）＾邋＝邋｜１，那么逆著Ｚ軸傳播的逡逑左旋圓偏振光（｜＆丨）與沿著Ｚ軸傳播的右旋圓偏振光（｜NB＞）會被共振吸收，逡逑并且產(chǎn)生一個處于狀態(tài)的激子Ｘ、反之，如果量子點所帶電子處在狀態(tài)逡逑，則沿著２軸傳播的左旋圓偏振光與逆著２軸傳播的右旋圓偏振光逡逑會被共振吸收，并且產(chǎn)生一個處于狀態(tài)的激子；ｒ邋（如圖２所示）。這里，逡逑Ｉ■＾與１４代表空穴自旋態(tài)

逡逑如圖３所示，處于左反圓偏振的輔助光子自腔１的上端面入射到腔中并與量逡逑子點１發(fā)生相互作用。根據(jù)（３．１）式中的演化規(guī)則，整個系統(tǒng)的狀態(tài)演化為：逡逑ｌ＾）Ｉ？ｉｌ？｜ｚｉ）＾ａ２｜ｎｎ）｜ｉ？ｔ）＋＾｜ｔｍ）｜／？ｒ）逡逑．邐士邐（３．８）逡逑Ｚ邋ａｘｉｓ邐丨、逡逑▲邐ｌＬ）逡逑Ｉｎｐｕｔ逡逑Ｉ逡逑ｉ逡逑ｊ逡逑＼逡逑ｉ逡逑邐邋ｉ逡逑ｉ逡逑ｉ逡逑？…－ａ－Ｌ，逡逑Ｓｐｉｎ邋１邐：邐Ｓｐｉｎ邋２逡逑Ｔ邐ｉ邐ｂ＝ｄ逡逑Ｖ邋！邐Ｉ邐ｆ逡逑ｋ￣＞ｌ邐｜邐ｋ—＞１逡逑邐煮逡逑Ｓｐｉｎ邋３邋ｉ邐Ｓｐｉｎ邋４逡逑ｈ－Ｈ邐｜邐ｔｊｚｄ逡逑ｙ逡逑Ａ邐ｂ逡逑Ｃａｖｉｔｙ邋１邐Ｃａｖｉｔｙ邋３邐Ｃａｖｉｔｙ邋２邐Ｃａｖｉｔｙ邋４逡逑圖３：腔－量子點系統(tǒng)中兩電「？自旋特殊純態(tài)糾纏的直接測量方案示意圖。Ｃａｖｉｔｙｌ，邋Ｃａｖｉｔｙ２，，邋Ｃａｖｉｔｙ３，逡逑Ｃａｖｉｔｙ４分別是四個雙面腔。小黑圓點代表帶一個自旋電子的量子點。Ｉｎｐｕｔ為／＾＞光＿丨＇？輸入端口。／＾和逡逑￡？２為光子探測器－Ａ，邋Ｂ分５；１代表Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ兩個不同的用戶。逡逑ＦＩＧ邋３：邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｆｏｒ邋ｄｉｒｅｃｔｌｙ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｃｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉａｌ邋ｔｗｏ－ｓｐｉｎ邋ｐｕｒｅ邋ｓｔａｔｅ．邋Ｃａ＼邋ｉｔｙ邋Ｉ，逡逑Ｃａｖｉｔｙ邋２
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O413

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6 上官t煼

本文編號：2605673