基于交叉克尔非线性的远距离纠缠态制备

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量子纠缠是量子信息学的核心,在量子计算和量子信息处理任务中具有广泛的应用。因此,如何实现快速、便捷的纠缠态制备就显得尤为重要。在众多物理系统中,线性光学系统始终是国内外研究者们关注的热点。纠缠态的许多制备方案都是基于线性光学系统实现的,这是因为光子具有鲁棒性,易于运输,并且操作起来更加简便的特点。此外,光子是“飞行量子比特”的天然选择,这使得它成为了远距离信息传输的最佳载体。本文提出了一个方案,利用线性光学元件,在噪声通道中实现远距离量子通信。光子之间很难发生相互作用,因此我们借助交叉克尔非线性效应,构建了一个确定性的两比特控制非门,来实现远距离双光子纠缠态的制备。本文的主要研究工作如下:  (1)实现基于交叉克尔非线性的两比特控制非门。文中构建的两比特控制非门有如下优点:第一个是光子数测量取代了零差测量,这使得此控制非门更加经济可行。第二个是本文所设计的控制非门避免了负的条件相移的使用,更加可行,因为要想改变条件相移的正负几乎是不可能的。第三个是这个控制非门需要的光学元件更少,并且不需要复杂的非破坏性探测器(QND)。  (2)在噪声通道中实现双光子纠缠态的制备。我们构建两个由噪声通道连接的远距离节点A和B,经过时间二进制的编码和解码,一个任意的单光子由节点A传送到节点B。借助于控制非门,这个未完成的态与节点B中的单光子纠缠,最终我们就会得到想要的双光子纠缠态。我们的方案在远距离的节点A和B之间传递了信息,并且展示出了它优于传统技术的发展前景。由噪声引起的对保真度和成功概率的影响可以通过时间二进制编码和解码被有效地消除。此外,当前的方案也可以被拓展来制备远距离N光予纠缠态。
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