CrossKerr介质在量子信息中的应用

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得龟徽缮或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：1起寿镪、签字日期：知11年lfr月严日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解卺缴培有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人

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3、UIlllll棚r1]I删IIY197593。1‘Cross．Kerr介质在量子信息中的应用中文摘

4、要上世纪90年代初，量子信息学作为一门新兴的学科逐步发展起来，主要包括量子计算和量子通信两方面。其中量子通信是以量子手段传递和处理信息，主要包括密集编码、隐形传态、量子克隆等方面，可以更高效地通信、绝对安全地传输信息以及实现经典通信无法实现的一些功能。现在这些方面的探讨已逐步从理论走向实验。在量子通信中通常是以量子纠缠态为信息通道来实现信息的有效传送的，量子纠缠以其特有的量子特性，成为重要的信息资源。常用的多体纠缠态有GHZ态、W态、Dicke态和Cluster态等，其制备方案相继出现。目前，人们提出了如核磁共振(Nuclear

5、MagneticResonance简称NMR)方案、腔量子电动力学(CavityQuantumElectrodynamics简称腔QED)、光学系统、离子阱和量子点等实现量子通信物理系统，其中光学系统是较为理想的量子信息处理平台。但是由于光学系统本身的缺陷，光子之间很难直接相互作用，非线性cross．Kerr介质介入可以使光子间发生相互作用。研究发现利用多能级原子电磁感应透明(Err)使得在弱光条件下就可以获得非常有效的cross．Kerr效应。本文主要讨论在线性光学系统中实现多体纠缠态的制备。在纠缠态制备过程中，我们利用信号模

6、与探测模在crOSS—Kerr介质中发生非线性相互作用，通过选择合适的相互作用时间，采用非破坏的零拍探测，制备光子纠缠态。首先，我们提出了一个利用crOSS．Kerr效应结合零拍探测制备光子数Dicke态。利用相干光场在crOSS．Kerr介质中进行相互作用，通过控制相互作用时间，并对探测模进行零拍探测，制备出四光子Dicke态，同时还可以制备出W态。●’—-，—。_、—√—、～这个方案具有制备概率高、保真度接近100％的特点。另外，这个方案还可扩展用于制备2尼个光子Dicke态。其次，我们提出了一个利用cross．Kerr效应

7、结合动量零拍探测制备四光子Cross-Kerr介质在量子信息中的应用Cluster态的方案。在这个方案中采用了动量积分的零拍探测，比其它方案中采r——一＼一用的位置零拍探测方法对探测模的强度要求更低。’与其它的利用cross．Kerr效应制备纠缠态的方案相比，不仅制备概率要高得多，而且既不需要消除相对相位，也不需要辅助粒子。最后，我们提出了一个利用crOSS．Kerr效应结合动量积分的零拍探测制备偏f———＼振四光子Dicke态和w态的有效方案。具有制备概率高、保真度接近100％的特点．而且不存在消除相对相位的问题。这个方案可扩

8、展用于制备2玎个光子纠缠态。‘我们的方案仅用到量子光学实验中的PBS、BS等基本器件以及在实验室中可以实现的crOSS．Kerr效应。在探测光场的强度足够强时，对crOSS．Kerr效应强度的要求不是很大，这种强度的非线性利用电磁感应透明(E11r)在实验室中很容易获得；采用了比单光子探测更有效的零拍探测，实验的可操作性较强。关键词：crOSS．Kerr效应；零拍探测；Bell态；Dicke态；W态；Cluster态；量子纠缠论文摘要ApplicationofCross--KerrMediuminQuantumInformati

9、onABSTRACTSincetheninetiesofthe20也century,quantuminformationsciencehasevolvedasanewobject．Itmainlyincludesquantumcomputationandquan