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量子通信是量子论、信息论以及计算机科学相结合而发展起来的新兴交叉学科,是量子信息处理研究的前沿之一。本论文在线性光学量子信息处理中,利用量子分束器变换模型构建量子通信网络,实现奇偶纠缠相干态(OEECS)的概率制备以及量子纠缠压缩通信通道的远程构建,并从探测的角度分析其成功概率的纯化问题;在实际量子通信的线性光学实现中,我们将无损耗分束器的量子变换模型推广到有损耗的量子变换模型,并探究了实际光学器件的损耗因素对量子通信过程的影响。其主要内容包括:
1.线性光学量子通信网络中奇偶纠缠相干态的制备
连续变量纠缠态的制备是实现量子通信协议的基础,我们借助于单光子辅助量子通道提出实现奇偶纠缠相干态制备的全线性光学方案。其制备装置由一对相同的平行分束器、一个辅助分束器和两个单光子探测器(APD)构成。经过APD 执行投影测量后,在Alice和Bob的位置上制备出期望的连续变量纠缠态,当两个远离的分束器严格相同时,奇偶纠缠相干态的纠缠度完全由辅助分束器操纵;在理想测量下,产生最大纠缠态的概率与两个远离的分束器和连续变量输入场有关。
2.基于量子分束器的连续变量量子通信通道的远程构建
借助于APD的正算符值测量(POVM)测量,建立了长距离的连续变量量子通信通道,探讨了分束器、非理想探测器APD和输入场等因素对通道纠缠度和制备概率的影响,并从测量的角度研究了制备概率的纯化问题。
3 .基于有损耗分束器的量子纠缠比特近完全远程制备
研究了有损耗分束器的量子变换模型,提出了基于有损耗分束器的单量子比特与二体纠缠态的远程制备方案。在远程态制备(RSP)的线性光学实现中,探讨了分束器损耗对量子远程制备的概率及其保真度的影响。