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二十世纪之初,一系列经典物理危机引发了量子革命,促成了量子力学的建立。量子力学主宰着整个微观世界,但它的反直觉特性一直爱因斯坦等人感到不满。1935年,EPR思维实验的提出使得爱因斯坦与玻尔争论达到巅峰,玻尔立即予以回击,声称经典的局域实在观念并不适用于量子系统。同时EPR佯谬也引出了量子力学中最重要的概念之——量子纠缠。1964年贝尔定理问世为我们提供了一个检验局域实在论的实验方法。二十世纪70年代,人们才逐渐掌握了单个量子系统完整的操作和控制技术,使得对光子、原子等微观粒子进行主动的精确操纵成为可能,并诞生了新兴交叉学科—量子信息。量子信息能够结合量子纠缠现象以一种全新的方式,通过量子力学的基本原理对信息进行编码、存储、传输和操纵,在增大信道容量、提高运算速度、确保信息安全等方面突破经典信息技术的瓶颈,开拓了与经典方式具有本质区别的信息处理和通信方式。目前,现有的物理系统在量子信息领域的应用潜力已经充分发掘,新的量子信息技术在非传统物理系统中的应用有待于进一步拓展。伴随着量子信息技术的发展,1972年首个贝尔不等式违反实验诞生,拉开了一场近半个世纪的关于自然本质的探索—无漏洞贝尔实验。贝尔不等式违反实验迫使我们放弃局域实在论,表明量子纠缠现象确实存在。然而所有这类实验不得不引入一些额外的假设带来了相应的漏洞,如何关闭漏洞成为无漏洞贝尔实验的关键。本人在硕士期间关于量子信息的研究主要沿着理论和实验两个方向展开,分别完成了基于表面等离激元的量子隐态传送实验工作和Eberhard不等式三粒子的拓展工作。1.针对均匀采样漏洞,关闭漏洞的关键是提高探测收集效率抑或拓展新型不等式。Eberhard不等式正是朝着无均匀采样假设不等式方向的一种尝试。Eberhard考虑到了探测器本身效率的不完美,将未探测事件纳入到不等式当中。对于二粒子,Eberhard不等式可以将探测下限降低到66.7%。相对于CHSH不等式82.84%的探测效率极限,66.7%极限效率无疑是一次意义重大的进步,它大大降低了实验的难度,为无漏洞贝尔实验提供了有力的武器,成为诸多无漏洞贝尔实验的首选。为了继续发挥Eberhard不等式在降低探测效率方面的能力,实现多体纠缠的贝尔实验。我们首次将Eberhard从二粒子不等式拓展到三粒子系统,并且找到了与不同探测效率的量子态解析表达式。Eberhard三粒子不等式可以将能够区分出量子与经典探测器效率降低到60%,并且针对任意探测效率,我们计算出了系统可容忍的背景噪音极限。相比于三粒子CH不等式,虽然它们都能获得60%的探测效率极限。但是我们的三粒子Eberhard不等式具有明显的优势,在同等探测效率下,可以得到更大程度的量子力学违反值。2.利用量子纠缠可以实现量子隐态传送,它作为一种典型的量子信息处理协议,在未来的量子信息技术中占据重要地位,能够为远距离节点可靠地传递量子信息。贝尔态分析是隐态传送必不可少的一部分,传统的贝尔态分析仪只能区分出两个贝尔态。我们使用光束偏移器搭建的贝尔态分析仪,利用偏振-路径编码的光子超纠缠态实现了完全的贝尔态测量,这样就可以有效利用宝贵的纠缠资源实现隐态传送实验。同时,表面等离激元是自由电子沿着金属介电表面集体性激发的产物,它展现出丰富的量子特性。迄今为止,表面等离激元诸如单个等离激元的波粒二象性、双等离激元干涉、两体等离激元纠缠、损耗型分束器中的表面等离激元反聚束在内的一些基本的量子特性都在实验中得到验证。然而至今没有出现针对等离激元的量子隐态传送的验证实验。在我们的工作中,首次完成了基于等离激元的高保真量子隐态传送实验。量子层析与量子过程层析都确认了表面等离激元可以实现量子隐态传送的量子特性。我们的工作在探索新型纳米金属结构在量子信息中的应用开拓了新的道路,为日后光子-等离激元杂化量子网络的发展提供了光明的前景。