基于测量的量子信息与量子计算

Generalized quantum measurement: generalizing local POVM schemes to remote POVM schemes; research on POVM operators of two-atom states; remote entangled state preparation and optimal entanglement conversion with POVM, including purification and concentration, and so on. Quantum parity measurement: the potential application of quantum parity measurement in quantum communication and quantum computation; nonlocal parity measurement and its application; parity measurement in mixed systems; parity measurement on hyperentanglement of multiple degrees of freedom, and so on. Quantum measurement is one of the basic physical processes in quantum mechanics. The measurement-based quantum information research will play an important role in the development of quantum information.

广义量子测量方面：从局域POVM方案拓展到远程的POVM方案；研究双原子态的POVM算子测量方法；将POVM应用于远程纠缠态制备和最优的纠缠转换，包括纯化和浓缩等。量子比特宇称测量方面：研究量子比特宇称测量在量子通讯和量子计算中的潜在应用；研究非局域宇称测量及其应用；研究混合系统中宇称测量问题；研究多自由度超纠缠量子比特宇称测量问题；广义宇称测量的研究等。基于相干光相位测量方面：相干光相位测量在光子偏振态制备和光子偏振态分析上的应用；相干光相位测量在原子态分析上。量子测量是量子力学中的基本物理过程之一，对基于测量的量子信息学的研究对量子信息学的发展将起着重要作用。

幺正演化和量子测量是操控量子系统中的两个基本物理过程，前者是按照薛定谔方程演化的一种确定的线性过程，后者是在一组完备算符集下的一种随机的非线性过程。在量子信息和量子计算理论中，对量子系统的测量是对系统进行控制和操作的重要一环，是人们获得量子系统状态和承载信息的关键步骤。本项目按照原预定计划进行，在四年的研究期间内共发表与本项目相关的学术论文65篇，全部为SCI收录。取得的主要研究成果如下：. 1）基于环境辅助和弱测量反转，提出两量子比特最大纠缠态的纠缠恢复方案。为抑制消相干并保护纠缠提供了理论基础。2）提出实现反事实的量子离物传输、量子信息转移和量子计算，打破了传统的量子隐形传送理论，为新型量子计算和量子信息处理开辟了新的途径。3）基于光力系统，研究了双腔光机械系统的物理性质，通过辅助光学腔的相干干涉，机械振子的稳态压缩在高的不可分辨边带极限下可以被制备，为不可分辨边带极限条件下实现机械模压缩提供了理论参考。4）利用与微环共振器耦合的金刚石中的氮空穴中心，提出了有效的非局域的电子自旋态和光子态的W态融合方案。方案对于大尺度的基于固态的纠缠制备以及基于光子比特的量子信息处理任务是有意义的。5) 提出基于耗散过程和幺正动力学互相配合的一个非局域方案来制备分布式的稳态纠缠。在这个方案中，只有一个节点是通过外部驱动场来驱动而另一个并不需要外部驱动场。这对远距离的量子信息处理任务是有意义的，并且由于单边操控避免了纠缠分布的过程，使得分配纠缠的过程在实验上更容易实现。6) 通过研究光力系统中的边带冷却机制，当引入系频率调制时，边带冷却中的Stokes加热过程可以被有效地抑制，从而可以打破量子反作用的冷却限制。我们从根本上分析了打破边带冷却限制的原因，并且发现在传统光力系统的非稳区和不可分辨边带情况下，也能够实现机械振子的基态冷却。