基于光學系統(tǒng)的W態(tài)融合.pdf

1、隨著量子力學以及信息學的快速發(fā)展，人們將兩者完美地結(jié)合起來，形成了如今非常熱門的學科——量子信息學。它將量子力學的一些特性，如非定域性、疊加原理以及不可克隆原理等，很好的運用到了信息學中，通過操控量子態(tài)來實現(xiàn)信息的存儲、傳輸、處理以及提取。量子計算和量子通信作為量子信息學的兩個重要分支，得到了快速的發(fā)展。并且，這兩個分支都是以量子態(tài)的制備和操控為基礎(chǔ)的。因此，眾多的科研工作者對如何在不同的量子系統(tǒng)中實現(xiàn)量子糾纏態(tài)的制備及操控做了大量的研

2、究。
　　常見的量子系統(tǒng)有:腔量子電動力學，超導，離子阱，量子點，核磁共振、光學等系統(tǒng)。在眾多的物理實現(xiàn)系統(tǒng)當中，光學系統(tǒng)的快速發(fā)展以及光學系統(tǒng)本身所具有的一些優(yōu)點，如可操作性強，不易受環(huán)境的影響，信息易于傳輸?shù)龋沟盟闪艘环N較為理想的處理量子信息的系統(tǒng)。但是它的不足之處在于，光子之間不易發(fā)生聯(lián)系以及產(chǎn)生相互作用。然而，非線性交叉克爾介質(zhì)的使用便很好地解決了這個問題，最終使得光子之間能夠產(chǎn)生聯(lián)系并發(fā)生相互作用。但是，天然的克爾介

3、質(zhì)的非線性強度較小，難以達到我們的需求，因此，人們便采取各種方法來提高它的非線性強度，最終，人們發(fā)現(xiàn)多能級原子電磁效應透明能夠幫助我們得到有效的克爾效應。
　　本文主要討論了如何在光學系統(tǒng)中實現(xiàn)W態(tài)的融合，并取得了如下的成果:
　　(1)利用非線性交叉克爾介質(zhì)及量子點-腔耦合系統(tǒng)實現(xiàn)兩個W態(tài)的融合
　　我們提出了一個新的方案，來實現(xiàn)兩個由光子偏振態(tài)編碼的W態(tài)（或者Bell態(tài)）的融合。我們的方案利用非線性交叉克爾介質(zhì)，線

4、性光學元件，量子非破壞性測量（QND測量）以及量子點-腔耦合系統(tǒng)代替了以前方案中使用的光學量子邏輯門，并且，在不使用輔助光子的情況下，也能取得較高的成功概率。因此，我們能夠解決以前方案的不足之處，并且使得我們的方案更加的有效。通過對資源損耗的研究，我們發(fā)現(xiàn)利用循環(huán)的線性增長方式和融合大小相似的W態(tài)的方式，對應的資源損耗最低。在與其他的方案進行資源損耗的比較和實驗可行性的分析當中，我們發(fā)現(xiàn)了該方案的資源損耗較低，并且，能夠在現(xiàn)有的實驗條件

5、下實現(xiàn)。
　　(2)利用光學系統(tǒng)實現(xiàn)多個W態(tài)的融合
　　同樣地，利用非線性交叉克爾介質(zhì)，線性光學元件以及量子非破壞性測量，我們提出了另一個方案。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩個W態(tài)的融合，還能夠?qū)崿F(xiàn)三個以及四個W態(tài)（或者Bell態(tài)）的融合，而且本文方案的裝置圖要比以前方案的簡單。雖然說，我們的方案在實現(xiàn)兩個W態(tài)的融合時，可能不如方案[1]有效，而且在實現(xiàn)三個W態(tài)融合的時候，最多也只是達到了和方案[2]相同的成功概率。但是，我們的方案不僅不