量子網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)的誕生讓人類的生活更便捷和豐富，從而促進(jìn)全球人類社會(huì)的進(jìn)步，隨著量子力學(xué)和信息科學(xué)的交叉學(xué)科——量子信息的蓬勃發(fā)展，人們開始構(gòu)想未來(lái)的全量子網(wǎng)絡(luò)的美好情景，并開始著手深入研究。
　　 全量子網(wǎng)絡(luò)指由量子傳輸通道和量子節(jié)點(diǎn)組成的信息網(wǎng)絡(luò)。量子傳輸通道能夠在節(jié)點(diǎn)間傳輸任意量子態(tài)以及量子糾纏，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)要有足夠強(qiáng)大的量子信息存儲(chǔ)和處理功能。單個(gè)量子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)，而量子通道則連接不同的量子計(jì)算機(jī)。目前已有理論研究工作表明，全量

2、子網(wǎng)絡(luò)在信息安全、分布式量子計(jì)算和新材料量子仿真等領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)研究意義與應(yīng)用價(jià)值。但全量子網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn)要求對(duì)量子態(tài)有極強(qiáng)的操控能力，目前它仍然是人們一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，本人把量子網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn)作為博士學(xué)位論文研究的課題。
　　 主要工作包含以下幾個(gè)方面：
　　 1、量子態(tài)的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和交換：
　　 一個(gè)實(shí)現(xiàn)單光子極化態(tài)可標(biāo)記的存儲(chǔ)方案。在我們方案中入射的光子只是與原子交換信息，而不是被吸收，因此，可以通過(guò)

3、探測(cè)光子實(shí)現(xiàn)可標(biāo)記的存儲(chǔ),這種儲(chǔ)存技術(shù)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間可標(biāo)記的量子態(tài)的轉(zhuǎn)移和交換。在這個(gè)方案中，存儲(chǔ)和復(fù)原光子極化態(tài)都有很高的保真度。在實(shí)際應(yīng)用中由于光子的丟失包括原子的自發(fā)輻射，被量子通道吸收，光子收集等造成的操作錯(cuò)誤都引起光子探測(cè)器沒有響應(yīng)。因此，光子丟失只會(huì)減少成功的概率，而不會(huì)降低保真度（只有當(dāng)光子有計(jì)數(shù)時(shí)才有記錄）。這種判斷操作成功與否的能力在實(shí)際的量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中是至關(guān)重要。
　　 2、單光子源、多光子糾纏源和長(zhǎng)程量

4、子糾纏分布：
　　 基于單原子和原子系綜實(shí)現(xiàn)單光子源、多光子糾纏源和長(zhǎng)程量子糾纏分布的實(shí)現(xiàn)方案。在我們方案中，兩個(gè)光腔被一個(gè)短光纖連接，單原子和原子系綜囚禁在不同的光腔中分別作為控制比特和儲(chǔ)存比特。決定的可儲(chǔ)存的單光子源，多光子糾纏源可以通過(guò)絕熱演化得到。我們還進(jìn)一步運(yùn)用它們提高長(zhǎng)程糾纏分布的效率。歸因于原子系綜的集體干涉效應(yīng)，腔的強(qiáng)耦合條件可能被放松。因此，這個(gè)方法提供了另一個(gè)實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的途徑。
　　 3、基于多比特

5、幾何相位門的量子計(jì)算：
　　 基于多比特幾何相位門的量子計(jì)算方案。在一定的條件下，原子激發(fā)態(tài)占據(jù)的概率很小，同時(shí)腔場(chǎng)一直處于真空態(tài)，因此無(wú)論是原子的自發(fā)輻射還是腔泄漏的影響都被大大的抑制。N比特(N ≥ 2)幾何相位門可以一步實(shí)現(xiàn)，其所要求的時(shí)間不會(huì)隨著原子的數(shù)目的增加而增大。因此，我們的方案在量子算法運(yùn)用幾何相位門時(shí)有利于減少實(shí)際操作數(shù)目。
　　 4、可擴(kuò)展的量子計(jì)算：
　　 一個(gè)基于二能級(jí)系統(tǒng)囚禁在一個(gè)二維的