基于光与离子的量子网络构建.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论义论文题目基于光与禽子的量子网洛枸建曹冬阳作者姓名光学学科专业黄遂锋研尧员柳必恒到教梭导师姓名二〇一五年五月完成时间中料§在尤大博士学位论文基于光与离子的量子网络构建作者姓名：曹冬阳学科专业：光学导师姓名：黄运锋研宄员柳必恒副教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeArchitectureforQuantumNetworksBasedonPhotons

2、andIonsAuthor:DongyangCaoSpeciality:OpticsSupervisorProf.YunfengHuangProf.BihengLiuFinishedTime:May,2015中国科学技术大学学位论文原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研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的

3、部分使用权，学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。□开□保密年作者签名：导师鮮：件签字日期：十签字日期：【、冲摘要摘要在世纪的物理学界中，量子力学无疑是最璀璨的一颗明珠。它虽然反物理直觉，但是完美地符合实验。随着量子力学的深入发展，又派生出了一系列交叉学科。量子信息学就是其中的佼佼者。量子信息学的核心是将信息通过量

4、子态来编码，利用量子态本质上的叠加性，完成经典信息学不能完成的一些任务。在完成某一个任务的过程中，需要对量子态进行各种处理，包括制备、传输、旋转、存储、测量等。为了完成对量子态的操作，我们需要一个或者多个量子系统。现今，比较热门的系统有学系统、囚禁离子系统、中性原子系统、量子点系统、色心系统、超导电路系统、核磁共振系统、腔量子电动力学系统、腔机械振子系统等。其中，光学系统拥有优良的传输性能和简单的量子态处理手段。囚禁离子系统拥有极长的相干时间，极强的相互作用势。这篇论文，我们将精力放在这两个系统上。我们简要地介绍了这两个系统的基本原理，主要地讨论了基于光子系统和

5、囚禁离子系统的量子网络搭建。取得的成果有如下几个：多用户到多用户的通信波段偏振纠缠光子的纠缠分发：由于通信波段光子在光纤中传输的损耗极小，所以它们已经被广泛地用于许多量子通信实验。这里，我们用通信波段偏振纠缠光子结合局域的波分复用设备来搭建量子纠缠分发器。我们用型参量下转换源来制备通信波段的偏振纠缠光子。这样做的优势是可以扩展到多个量子节点，从而进行一系列多方量子通信。我们实验上演示了我们的通信波段偏振纠缠源的保真度和纠缠度都大于。并且，在经过长距离的光纤传输后，纠缠度仍然能够得到保持。在纠缠分发实验中，我们演示了经过波分复用器纠缠分发后，多用户到多用户的纠缠度

6、仍然得到保持。我们也演示了多用户之间的纠缠违背不等式。最后，作为我们纠缠分发源的一个应用，我们验证了这个源能够提取量子密钥，并且计算了多用户之间的量子密钥率。非局域非马尔科夫环境的纠缠保护：由于光子在量子信道中传输会受到各种退相干机制的影响，所以需要某种方法来保持光子的相干性。这里，我们演示了光子开放系统可以利用初始环境中的的信息。光子系统在局域环境的作用下显示马尔科夫性，即光子的相干性会慢慢消失。但是，符合环境中的初始关联性会导致非局域动力学，这会显示非马尔科夫性，即光子的相干性会恢复。我们演示了通过改变初始环境之间的关联特性来控制光子开放系统的动力学演化。反

7、过来，我们还演示了通过测试光子系统的相干性变化，可以间接地得到环境之间的关联度。最后，我们演示了通过改变环境的演化方式，可以保护光子系统的相干性，使其相干性完全不摘要被环境破坏。基于光子离子的多用户量子网络：量子网络的核心是有效地在物质量子比特和飞行量子比特之间转换量子信息。我们这里提出了在现有实验技术的情况下，可以有效地通过声子模在离子与离子之间转换量子信息，也可以有效地在光腔中离子和腔光子中转换量子信息。因此，我们可以将由多离子组成的量子节点中任一用户的量子信息传递给另一量子节点的任一用户，或者使得他们分享纠缠态。并且，我们也估算了这种协议的成功概率。关键词

8、：量子网络，囚禁离子，线