量子度量和量子信道的实验实现.pdf

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1、学校代码：10286分类号：O431.2密级：公开UDC：530学号：151636量子度量和量子信道的实验实现研究生姓名：王小平导师姓名：薛鹏吴桂平申请学位类别理学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称物理学论文答辩日期2018年5月20日二级学科名称量子光学学位授予日期2018年6月日答辩委员会主席张在琛评阅人张在琛、易为2018年5月30日硕士学位论文量子度量和量子信道的实验实现专业名称：物理学研究生姓名：王小平导师姓名：薛鹏吴桂平QUANTUMMETROLOGYANDTHEEXPERIMENTALREALIZATIONOFQUANTUMCHANNELSAT

2、hesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYWANGXiaopingSupervisedbyProf.XUEPengandProf.WUGuipingSchoolofPhysicsSoutheastUniversityMay2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构

3、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了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信

4、息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要量子信息是量子力学与信息学交叉融合的产物，自量子信息诞生以来，就受到科学家广泛的关注。近年来量子信息在理论和实验上都取得了巨大的进展，具有广阔的前景。本硕士论文主要的工作分为以下两个方面：第一，研究了量子度量和如何用线性光学元件模拟振幅阻尼信道。在经典情况下，参数估计的最大精度极限是散粒噪声极限。量子度量即量子参数估计是指利用量子纠缠、量子干涉、量子测量等量子手段对未知相位进行估计。量子位相估计的精度受到海森堡极限的限制，却能够超越散粒噪声极限，从而实现高精度的测量。量子参数估计共有三个

5、阶段：初态制备，参数化，测量。研究表明，在一些噪声信道中，例如振幅阻尼信道和泡利信道，纠缠辅助能够降低噪声的影响从而提高参数估计的精度。纠缠辅助的量子度量具体指的是探测态与辅助系统之间相互纠缠，在探测态参数化的过程中，辅助比特没有参与其中。本文详细描述了实验上如何利用线性光学元件模拟振幅阻尼信道，并提出了利用量子过程层析可以对实验结果进行分析处理。通过本文提出的实验方案可以实现任意参数的高保真度的振幅阻尼信道，并且可以把我们的实验光路应用到量子度量上，验证在振幅阻尼信道中纠缠辅助可以提高参数估计的精度。第二，对量子态的操控是量子度量中的关键技术，基于对该技术的

6、研究，我们探究了满足手性对称性的一维裂步离散时间量子行走的拓扑性质。1993年量子行走首次被提出，就表现出和经典随机行走完全不同的性质。我们知道经典行走的几率分布是高斯分布，而量子行走的分布呈现出中间低两边高的趋势，经典行走的标准差是√?，量子行走的标准差则与?成正比，具有优于经典行走的快速扩散的特性。量子行走有着广泛的应用，其中的一个用途就是用来模拟和研究拓扑相变。本文通过在裂步离散时间量子行走的硬币旋转算符中引入两个可控参数，研究系统的拓扑特性。并在光子体系中实现了7步裂步的量子行走，通过实验来验证方案的可行性。通过引入平均手性位移这一可观测量，能够探测拓

7、扑不变量。通过测量一阶位置矩，二阶位置矩可以观测到拓扑相变，这些位置矩在相变点处不连续。在此基础上，我们分析了空间不均匀的量子行走的几率分布随时间的变化，验证了拓扑保护边界态的存在，并指出一维裂步离散时间量子行走的边界态在静态微扰下具有鲁棒性。关键词：量子度量，振幅阻尼信道，量子过程层析，量子行走，拓扑性质IAbstractAbstractQuantuminformationisaninterdisciplinarysubjectofquantummechanicsandinformationscience.Sincethebirth,quantuminfor

8、mationhasreceivedex