基于雙模波導中光場橫向模式的量子糾纏的經(jīng)典模擬.pdf

1、量子糾纏是量子力學中最基本也是最獨特的性質之一，由于它是實現(xiàn)量子計算和量子隱形傳態(tài)的關鍵，在國際上得到了廣泛關注和深入研究。 本文首先介紹了以量子計算為代表的量子信息學，量子糾纏的基本性質以及量子糾纏在量子信息學中的重要性。然后介紹了一種基于雙模波導中光場橫向模式的量子計算方案，該方案將波導中光場的橫向模式編碼為量子比特，并基于非線性光學實現(xiàn)了控制非門。在此基礎上，本文提出了一種利用光場橫向模式實現(xiàn)量子糾纏的經(jīng)典模擬的思想，利用

2、控制非門或線性光學器件實現(xiàn)的模式糾纏態(tài)作為量子糾纏態(tài)的經(jīng)典模擬，并對這種模式糾纏態(tài)的性質進行了研究。這篇論文主要的工作如下： 首先，利用有限差分光束傳播方法(FD-BPM)對基于非線性光學實現(xiàn)模式糾纏態(tài)的方案進行計算機模擬，通過基于Bell不等式的相關測量，得到模式糾纏態(tài)中兩個場的相關函數(shù)，這個相關函數(shù)能夠對Bell不等式產(chǎn)生破壞，證明模式糾纏態(tài)中的兩個光場之間存在一種非局域的關聯(lián)，可以作為量子糾纏態(tài)的經(jīng)典模擬。進一步，本文建立

3、了一個由隨機相位差標定的系綜模型來對模式糾纏態(tài)進行描述。 然后本文提出一種全新的基于線性光學的方案來實現(xiàn)兩個光場的模式糾纏態(tài)。對這個方案進行的計算機模擬結果表明，這種模式糾纏態(tài)可以產(chǎn)生和量子糾纏態(tài)完全類似的相關函數(shù)，同樣能夠對Bell不等式產(chǎn)生破壞。這種方案更清晰地說明隨機相位系綜能夠對模式糾纏態(tài)所顯示的非局域性質進行準確的刻畫，非局域性質很有可能就來源于這種隨機相位機制。 接下來對線性光學方案進行推廣，利用三個光場實現(xiàn)

4、三粒子GHZ態(tài)的經(jīng)典模擬。由GHZ定理可知，三粒子的完全關聯(lián)可以給出量子糾纏存在的非統(tǒng)計判據(jù)，這種判據(jù)比基于統(tǒng)計性質的Bell不等式更為可靠。進一步的計算機模擬結果顯示三個經(jīng)典光場實現(xiàn)的模式糾纏態(tài)的相關函數(shù)與量子GHZ態(tài)完全類似，并且得到了模式糾纏態(tài)中非局域關聯(lián)的非統(tǒng)計判據(jù)。這進一步證明了利用波導中橫向模式來實現(xiàn)量子糾纏的可行性。 本文提出的實現(xiàn)量子糾纏的經(jīng)典模擬方案在現(xiàn)有的實驗條件下是完全可以實現(xiàn)的，因此我們進行了一些實驗方面