多光子偏振态与单光子高维空间态之间的相互变换及其应用鄢.pdfVIP

物理学报摇 粤糟贼葬孕澡赠泽援杂蚤灶援摇 灾燥造援远园袁晕燥援愿 渊圆园员员冤摇 园愿源圆园怨 多光子偏振态与单光子高维空间态之间的 相互变换及其应用鄢 林摇 青覮 渊华侨大学信息科学与工程学院袁厦门摇 猿远员园圆员冤 渊圆园员园年员园月员怨 日收到曰圆园员员年员月员员 日收到修改稿冤 摇 摇 基于一种特殊的控制非门袁实现多光子偏振态与单光子空间高维态之间的相互变换袁使得对多光子偏振态的 操作可以通过对单光子的操作来完成袁由此可以实现任意多光子正定算符值测量和多光子任意幺正操作援这种实 现方式是以一定概率完成的袁但其效率要优于此前的方案袁在目前的实验条件下是可行的援 关键词院单光子空间态袁特殊控制非门袁线性光学多端口干涉仪 孕粤悦杂院源圆郾缘园郾耘曾袁园猿郾远苑郾原葬袁园猿郾远苑郾蕴曾 特幺正操作的实现非常复杂袁所需要的控制非门数随 晕 晕垣员 咱员缘暂 员郾 引 言 着比特数晕 的增长而呈指数增长渊源 原圆 冤 援如 果仅使用线性光学器件来实现袁考虑到一个控制非门 在量子信息领域中袁一个关键的问题是如何处 需要一对月藻造造态或者一个单光子的辅助袁而相应的成 理量子态袁包括对量子态的操作和测量援然而袁由于 功概率仅为员辕源咱员远袁员苑暂 袁那么多光子幺正操作的实现袁 量子不可克隆定理的存在咱员要猿暂 袁使得对量子态的操 需要的单光子资源将非常高袁而成功概率却非常低 晕 晕垣员 作显得非常困难援人们已经在不同的量子系统中实 渊员辕源源 原圆 冤援是否可以更加高效地实现多光子普适幺 现了一定的量子信息处理过程袁而光学系统是其中 正操作钥这是一个非常值得探讨的问题援 的一个重要的系统咱源暂援光子是非常好的量子信息存 此前袁我们基于弱非线性交叉克尔效应渊憎藻葬噪 储单元袁它的相干性可以保持很长的时间袁不容易 糟则燥泽泽鄄运藻则则灶燥灶造蚤灶藻葬则蚤贼赠冤袁提出了一类新型的基本量 受到外界环境的影响援而且对于光子的单比特幺正 子门咱员愿袁员怨暂援 以此来实现幺正操作袁所需要的基本单 操作可以简单地通过半波片或者四分之一波片完 元门数量仅与比特数晕 相当袁极大地简化了幺正操 成咱猿暂援甚至是单光子高维空间态渊用单光子的空间 作实现的复杂度咱圆园暂援这种新的实现方式是通过一种 模式来编码量子态冤的任意幺正操作也可以通过分 变换袁使得以偏振自由度编码的多光子量子态可以变 束器渊遭藻葬皂泽责造蚤贼贼藻则冤和波片组成的阵列渊也称之为线 换到以空间模式编码的单光子高维量子态渊择怎凿蚤贼冤 性光学多端口干涉仪冤来确定性地实现咱缘暂援 因而袁对 上袁由此通过一个线性光学多端口干涉仪即可实现多 于这类单光子高维量子态袁甚至多光子高维量子态 光子普适幺正操作援然而袁上述的变换需要用到弱非 在其制备咱远暂和应用咱苑要员圆暂上都有诸多探讨援但可惜的 线性交叉克尔效应袁但这种效应目前还没有在实验上 是袁光子之间很难产生相互作用袁因而多光子操作 得到验证援那么袁如何使用纯粹的线性光学器件实现 很难实现援在线性光学领域袁多光子操作一般是在 上述的变换袁也是一个值得研究的问题援 单光子的辅助下以一定的概率实现援但是随着光子 另外袁要获得存储在光子中的信息