光学场星型Cluster态和束缚纠缠态的制备

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量子纠缠作为量子计算以及量子信息系统的核心资源被广泛深入研究。多组份纠缠态是实现量子计算和量子网络的基本资源。研究表明存在着不同类型的多组份量子纠缠态,它们具有不同的物理结构和物理特性,表征它们的波函数与量子不可分判据也不相同。Cluster纠缠态是一种特殊的多组份纠缠态,它是进行单向量子计算的基本资源。单向量子计算以Cluster纠缠态为基本资源,通过对一些量子比特(量子模式)的测量和测量结果的前馈执行量子计算,后续测量基的选择依赖于以前的测量结果。目前,实验制备的连续变量Cluster纠缠态的最高组份为四组份,并已经利用它实现了一系列的量子逻辑操作,例如单模压缩操作、傅里叶变换、可控X操作、可控Z操作等。为了实现真正的量子计算,需要连续执行一系列的量子逻辑操作,这是四组份Cluster纠缠态无法完成的。因此,我们需要实验制备更多组份的Cluster纠缠态。由于实验系统中不可避免的损耗而导致的退相干作用,使得纠缠态很容易退化为混合态。研究这类混合纠缠态的特性以及能否从中提纯出最大纠缠态,并将其应用于量子信息研究中是一个重要研究课题。束缚纠缠态是介于量子可分态和量子不可分态之间的一种特殊纠缠态,它不能通过局域测量和经典通讯提纯出最大纠缠态。但是,通过一定的手段可以激活束缚纠缠态,并将其应用于量子信息系统。本论文的主要内容如下:1.设计了基于非简并光学参量放大器的连续变量六组份和八组份星型Cluster纠缠态光场产生系统。计算表明,在增益因子为1的情况下需要一定的初始压缩度才能制备星型Cluster纠缠态;当选取最优化的增益因子时,可突破压缩度的限制。2.我们实验制备了连续变量四组份束缚纠缠态。测量得到四组份束缚纠缠态的正交分量xb1+xb2+xb3+xb4和Pb1+Pb2-Pb3-Pb4的关联起伏均低于应的量子噪声极限5.2±0.1dB,并证明了其不能通过局域操作和经典通讯提纯的特性。
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