本文選題：cluster糾纏態(tài) + 單向量子計算��； 參考：《山西大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：量子信息科學(xué)是量子力學(xué)、信息科學(xué)和計算機科學(xué)等學(xué)科相結(jié)合而發(fā)展起來的的一門新興學(xué)科,是國際研究的前沿領(lǐng)域。量子信息基于量子特性而具有獨特的信息功能,在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量和提高檢測精度等方面可以突破現(xiàn)有的經(jīng)典信息系統(tǒng)的極限。量子信息主要包括量子通信與量子計算兩大研究方向。量子計算在解決某些計算難題方面具有經(jīng)典計算無法替代的優(yōu)勢。最初,量子計算研究主要集中在基于量子比特的分離變量領(lǐng)域。然后,隨著以光場正交分量為基礎(chǔ)的連續(xù)變量量子信息處理系統(tǒng)的快速發(fā)展,連續(xù)變量量子計算也從理論探討進入實驗研究階段。連續(xù)變量量子計算在某些方面具有一些優(yōu)勢,可以比較有效的模擬連續(xù)變化的量子系統(tǒng)。連續(xù)變量多組份糾纏態(tài)光場是量子計算和量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要資源之一�；诙嘟M份糾纏態(tài)的單向量子計算是一種重要的量子計算方式。量子邏輯門和量子誤差修正是量子計算中的重要環(huán)節(jié)。我們研究組以連續(xù)變量多組份糾纏態(tài)光場為量子資源,開展了量子邏輯門序列和量子誤差修正方面的研究工作。本文的主要研究內(nèi)容如下：1.單模壓縮操作和傅立葉變換操作是連續(xù)變量量子計算領(lǐng)域中的兩個基本邏輯操作。我們利用Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)雙模糾纏態(tài)光場,以一種更簡單,更有效的方案實現(xiàn)了這些基本量子邏輯操作。理論計算和實驗結(jié)果都表明,我們所提出的方案不僅在數(shù)量上最大程度地降低了對量子資源態(tài)的要求,而且在相同的資源條件下增強了輸出模式的壓縮度和保真度。這種利用雙模糾纏態(tài)光場實現(xiàn)邏輯操作的方法可以作為基本計算單元應(yīng)用在以后的大規(guī)模量子計算中。2.利用cluster糾纏態(tài)作為量子資源的單向量子計算是一種高效的量子計算模式。我們以連續(xù)變量六模cluster糾纏態(tài)作為量子資源,第一個完成了連續(xù)變量量子邏輯門序列的實驗演示,它是由一個單模壓縮操作和一個雙模受控位相門組成的門序列。這個門序列的輸出模式保真度和兩個輸出模式之間的糾纏度等量子特性在實驗上得到了驗證,輸出模式之間的糾纏既依賴于壓縮門也依賴于受控位相門,其序列作用得到證實。我們提出的門序列方案可以擴展至更多邏輯門組合,用以執(zhí)行通用高斯計算。3.量子誤差修正能夠保護量子態(tài)在量子通信和量子計算過程中不受噪聲和退相干作用的影響,這使得我們能夠執(zhí)行容錯的量子信息處理。我們實驗實現(xiàn)了一種針對單一隨機誤差的五波包結(jié)構(gòu)編碼方式的量子誤差修正。我們采用的五編碼通道是五模連續(xù)變量的糾纏態(tài)光場。特別是,在我們的編碼方案中,輸入態(tài)的信息僅僅被編碼在五個傳輸通道的其中三個上,因此在剩余的兩個通道上引入的任何錯誤將不會影響輸出態(tài)的結(jié)果,即輸出量子態(tài)對來自這兩個信道上的錯誤有免疫功能。我們分別采用真空態(tài)和壓縮態(tài)光場作為輸入信號,驗證了任意的單通道誤差的量子誤差修正過程,輸出態(tài)的保真度超過了相應(yīng)的經(jīng)典極限。所完成的研究工作創(chuàng)新之處如下：1.利用光學(xué)模的EPR糾纏源實現(xiàn)了連續(xù)變量單模高斯操作——單模壓縮操作和傅立葉變換,簡化了操作方案,節(jié)省了量子資源。2.利用六模cluster糾纏態(tài)實現(xiàn)了包含一個壓縮門和一個受控位相門的量子邏輯門序列,為實現(xiàn)包含多個邏輯門組合的復(fù)雜量子計算系統(tǒng)提供了實驗基礎(chǔ)。3.基于五模糾纏態(tài)光場,采用部分編碼方式,實現(xiàn)了緊湊高效的連續(xù)變量五波包編碼量子誤差修正方案。
[Abstract]:Quantum information science is a new discipline developed by the combination of quantum mechanics , information science and computer science .

【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413

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本文編號：1768612