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论文中文摘要
作者姓名:张强
论文题目:多光子纠缠及其在量子信息中的应用
作者简介::张强,男, 1979年12月出生,2001年9月师从于中国科学技术大学潘建伟教授,于2006年7月获博士学位。
中文摘要
本论文主要内容是对光子纠缠源的产生,操纵以及其在量子信息上的应用进行的实验研究。
我们在实验上进一步发展了多光子纠缠源技术。利用光参量下转换产生的纠缠光子对和线性光学手段,我们在国际上首次实验实现了六光子干涉和两光子复合系统的量子态隐形传输;我们首次实验实现了四维纠缠光子对制备并在此基础上对两光子GHZ定理进行了检验;我们首次实验实现了纠缠光子对的同步;我们首次在实验上实现了容错量子密码。
量子态隐形传输能够在遥远两地传递量子态而不需要传递携带量子态的物理系统。它不但是量子通讯的核心内容,也在大量的量子计算协议中扮演了重要的角色。人们已经在光子系统和离子系统分别实验实现了它,最近长距离的量子态隐形传输和开放目的的量子态隐形传输也纷纷被实验验证。但很不幸的是,直到现在为止,所有的相关实验都只能隐形传输一个量子比特,隐形传输两个或更多比特组成的复合系统在实验领域仍然是个巨大的挑战。同时要实现远距离量子通讯和量子计算,仅仅单量子比特的量子态隐形传输是远远不够的,复合系统的量子态隐形传输也是量子信息研究中的一个长期目标。我们在国际上首次实验实现了两比特复合系统的量子态隐形传输。我们在实验干涉六个光子的基础上,隐形传输了两个光子的任意极化态。在实验中,±,远远超过了两粒子系统的克隆界限。我们的实验不止是复杂系统量子态隐形传输的重要一环,而且在实验中发展起来的六光子干涉技术可以立即被应用于一系列的量子通讯和量子计算协议中,比如多阶段量子接力,容错量子计算,普适量子纠错码和一次性量子计算。
我们发展并且应用两光子四维纠缠态在世界上首次实验检验了两粒子非统计型定域实在论,在我们的检验中并没有利用传统此类实验所需的上下文实在论假设。实验结果跟量子力学预言符合,同定域实在论的预言矛盾。我们也简短的讨论了在实验中发展的技术在量子信息研究中的应用。
我们在实验上同步了由两***立的同步不相干激光器泵浦产生的纠缠光子对。我们将同步的纠缠光子对进行了纠缠交换,。实验中发展的技术不仅在线性光学量子信息处理中有着重要应用,而且为定域实在论的检验提供了新的手段。
我们利用两光子消相干自由子空间实验实现了容错量子密码。我们的装置在联合噪声带来的比特翻转错误情况下可以实现安全的量子密钥分配,在同样的噪声情况下,传统的BB84协议是不能产生密钥的。本实验利用极化空间进行编码,所以不需要进行坐标轴校正。这一特性将在未来的自由空间量子通讯中有重要应用。同时也可以传递任意抗噪声的量子态。
除了在实验上的研究之外,我们也发现了基于盲基矢的量子密码的安全性漏洞,并且给出了改进方案。
我们在实验中发展起来的技术将在未来的远程量子通讯,线性光学量子计算,量子力学基础检验等重要科学问题的研究中起到重要作用。
关键词:多光子纠缠,量子密码,线性光学
Experimental Multi-photon Entanglement and Applications in Quantum Informat