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* * * * * * * * * * 光量子信息科学简介 谭天弈 2016/6/23 光通信材料研究所 目录 背景知识 现状与发展前景 基本理论以及应用 量子叠加态 1背景知识 量子态用dirac符号描述： E1 E2 E3 En ... ... 定态： 叠加态： 如果我们不对这个原子的能量进行测量，那么这个原子将同时处于这n个能量状态上，简单地说，就是分身成了n个能量不同的原子。 手套例子 1背景知识 小明在星际旅行出发前收到一个黑盒子，盒子里装了一只手套。用量子力学的观点解释，在不打开盒子的情况下，盒子中的手套处于如下状态： 1、如果我们打开盒子会发生什么？ 2、手套和原子，到底有什么区别？ 测量与量子坍缩 1背景知识 小明打开盒子后，有一半的概率分别得到左手手套和右手手套。随后原来手套所处的 变为 或 同样的，对于处于能量叠加态的原子，测量后也会坍缩到一个确定的能量。一般来说，测得基态的概率最大。 量子叠加态和坍缩的通俗解释，因为宏观世界和量子世界不一致，量子世界的概率性、叠加性不能反映到宏观世界来，因为宏观世界是非概率的。所以测量得到力学量的观测值一定是叠加态众多本征值中的某一个，这个过程就是坍缩。 利用上帝解释宏观和量子，其区别在于概率性。 举薛定谔猫的例子 光子偏振态的叠加 对于一束45°偏振的线偏振光，其中每一个光子的偏振态可以描述为： P H V 对于单个光子，它处于水平偏振和垂直偏振的量子叠加态。而大量这样光子的宏观表现就是45°偏振光。而检偏过程就是量子坍缩过程。 1背景知识 与偏振光学中的马吕斯定律是吻合的， 1背景知识 量子纠缠 小明和老王分别乘坐两艘飞船向半人马座α星和M78星云进发,出发前分别收到了一个黑盒子,每个盒子中装有一对手套中的一支。 真正的量子信息载体不可能是手套，那是什么呢？ 1背景知识 纠缠态的物理学定义 可分离 不可分离态 纠缠态 Bell基 1背景知识 量子信息载体 物理实体 属性 离散光子 偏振态 水平偏振 垂直偏振 光子个数 无光子 单个光子 光子间相位差 π/2 π 连续光场 正交振幅 压缩 反压缩 正交位相 压缩 反压缩 电子 电子自旋 自旋向上 自旋向下 原子核 核自旋 自旋向上 自旋向下 超导线路 电流通量 顺时针电流 逆时针电流 量子点 量子点自旋 自旋向上 自旋向下 尹浩，韩阳.量子通信原理与技术[M]. 电子工业出版社, 2013:46 目录 研究背景 现状与发展前景 基本理论以及应用 纠缠光子对的制备方法 量子隐形传态 2.1纠缠光子对的制备方法 空间叠加式SPDC SPDC： Ⅰ类SPDC Ⅱ类SPDC 2.1纠缠光子对的制备方法 改进的Ⅰ类SPDC 利用M-Z干涉仪结构提高Ⅰ类SPDC效率 环式QPM纠缠源 2.1纠缠光子对的制备方法 许金时. 光子纠缠态制备, 应用及演化的实验研究[D]. 中国科学技术大学, 2009. 基于波导的SPDC 效率更高，光纤结构更易操控，波段可选在近红外通讯波段，多用PPLN,PPKTP 2.1纠缠光子对的制备方法 符合测量和HOM干涉 2.1纠缠光子对的制备方法 符合测量基于纠缠光子的同时性 SFWM纠缠源 2.1纠缠光子对的制备方法 为了抑制拉曼效应，通常将零色散波长在泵浦波长附近的色散位移光纤(DSF)放置在液氮中进行冷却 另外因为斯托克斯光和反斯托克斯光的频率与泵浦光的频率相近，故通常利用精细空间光栅进行滤波 2.2 量子隐形传态 BSM：Bell state measurement SPS：single photon source EPPS: entangled photon pair source 完全必威体育官网网址传递信息的原理 26 目录 研究背景 方案介绍 结 论 3 结论 量子信息学利用微观粒子作为载体，凭借量子力学所特有的不同于宏观世界物理规律的一些特殊性质，可以完成一些经典计算和经典通信难以实现或无法实现的功能。如量子计算(quantum computation)利用量子力学的基本原理使得其运算能力远超于经典计算机，其使用的量子比特(qubit)可以处于”0”和”1”的任意叠加态上，因此其计算耗费时间只随计算复杂程度呈多项式上升，而不是经典计算机中的呈指数上升；同样因为量子比特的叠加特性，量子存储(quantum memory)凭借其惊人的存储容量也引起了广泛的关注；随着量子计算的发展，传统的基于质因子分解RSA加密技术已经不能保证绝对安全，基于量子计算机的Shor量子算法可以轻易的破解这种密码，因此量子密码学也成为一门亟待研究的学科，其中相对成熟的量子密钥分发技术(QKD)就可以从理