摘  要：量子信息实现过程中最主要的问题是量子系统环境的消相干影响，量子纠缠纯化是处理噪声对纠缠系统退相干问题的有效方法。本论文介绍了量子纠缠的定义与量子纠缠判定，量子纠缠纯化的理论基础和典型的量子纠缠纯化方案。我们针对二阶非线性光子晶体中制备的双光子纠缠态在传输过程中偏振出现比特翻转错误的情况，研究提出了基于双光子四维空间模式纠缠，通过非线性克尔介质的量子非破坏性测量对双光子纠缠态进行纠59380

缠纯化的理论方案。

毕业论文关键词：光子纠缠，纠缠纯化，量子非破坏探测

Abstract: The most important issue of quantum information implementation is the de-coherence from the environment of quantum systems. Quantum entanglement purification is an effective way to deal with the problem of noise de-coherence of entangled systems. In this paper, we introduction the definition of the quantum entangled state and detection of entanglement, the theoretical basis of quantum entanglement purification and typical entanglement purification protocols. We research and propose the entanglement purification protocol for two-photon polarization entanglement , which efficient prepared from nonlinear photonic crystals appeared bit-flipping errors during transmission by using four-dimensional mode entanglement and quantum non-destructive detection of nonlinear Kerr medium.

Key words: entangled photon, entanglement purification, quantum nondestructive detection

1 引言 4

2 纠缠纯化方案介绍 5

2.1 基于控制非门的纠缠纯化方案 5

2.2 基于线性光学元件PBS的纠缠纯化方案 6

2.3单光子纠缠纯化方案 7

2.4基于非线性cross-Kerr介质的纠缠纯化方案 9

3 基于双光子四维空间模式纠缠的纠缠纯化方案 10

总结 13

参考文献 14

致谢 15

1  引言

完全没有经典相互对应，量子纠缠是体系的纯量子特性。量子纠缠态在量子信息领域具有举足轻重的地位，为信息传输以及信息处理等等提供了全新的物理资源。量子纠缠态的应用很多，例如应用在量子通信和量子计算等方面。量子纠缠是描述复合系统的一种特殊的量子态，无法分解成其子系统的张量积形式。为解决噪声量子通道下的通信问题，引入了量子纠缠提纯的概念。量子通信中重要的量子通道是量子通信的各方之间共享的量子纠缠态。处于纠缠态的量子比特被分配到空间上不同的位置，使得可以在不同的地点建立具有非局域量子关联的量子通道。

由于量子比特会在传输过程中与环境相互作用，引发退相干效应，从而造成量子纠缠退化，噪声导致量子通道退相干的产生，在这种状态下传输量子态，势必会造成量子通信安全性和准确性的缺失。例如，量子通信中量子隐形传态的情况下，量子通信在噪声通道中进行，单纯依靠量子信道并不能圆满完成量子隐形传态，最大纠缠态中的一个量子比特在噪声通道上传送，得到的将不是最大纠缠态。虽然此量子态依然可以用于量子隐形传态，但其被传送量子保真度或其成功概率将大大下降。为了得到确定的量子隐形传态，我们有必要对这种噪声纠缠信道进行优化。理论上可以通过局域操作和经典通信，得到高品质的纠缠态。可以对噪声环境下的纠缠态进行提纯后再完成量子隐形传态过程，实现基于噪声通道下的无错量子通信。