利用线性元件实现完全Bell态测量

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Bell态测量是量子信息的重要组成部分,如量子隐形传态和量子密集编码等。之前的研究表明,基于线性光学操作,如分束器、半波片等,最多只能识别出50%的Bell态。通过引入辅助光子对,Bell态的区分效率可以达到75%,甚至更高。引入多个自由度可以提高Bell态的测量成功率,例如,通过使用超纠缠方案可以将效率提高到100%,但是该方案更为复杂。因此,实现简单、易操作的Bell态的完全区分方案仍然是一个研究热点。混合分束器耦合了不同的自由度,可以将普通分束器不能区分出来的两个Bell态区分开,这在Bell态测量中起着重要作用。基于此,我们提出了一种新的方案,在待测Bell态副本能成功制备的前提下,可以实现100%的Bell态测量。本文具体内容如下:第一章是绪论,总结了前人关于Bell态测量的一些研究成果,包括分别利用线性和非线性元件实现Bell态测量的研究方案。其中,关于线性元件实现Bell态测量的部分又分为了两部分来介绍,一部分是在单一自由度上执行Bell态测量,这种操作一般只能识别出50%的Bell态,通过引入辅助光子对,Bell态的区分效率可以达到75%,甚至更高,但很难达到100%;另一部分是引入多自由度实现某一自由度上Bell态的测量,如利用超纠缠、混合纠缠等方法达到了Bell态区分100%的效率。第二章介绍了混合分束器。混合分束器是本文实现完全Bell态测量的主要工具,它将粒子的极化和动量进行了耦合,既可以改变极化也可以改变动量,因此本章对混合分束器的工作原理做了具体阐述。第三章阐述了具体工作,具体介绍了利用线性元件实现了对Bell态的完全测量。首先,待测Bell态作为初态要通过量子克隆复制为完全相同的两部分,一份通过普通分束器(BS),另一份通过混合分束器(HBS),两份Bell态分别通过分束器后再分别各自通过一个探测器,由于两种分束器的互补作用,通过结合两边探测器的响应结果就可以很容易地区分出所有的Bell态。最后在第四章中我们做了工作总结并对未来的研究工作做出了展望,主要是针对利用量子克隆实现Bell态复制对Bell态测量的影响进行进一步具体的研究。
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