量子存储支撑的超熵压缩与超低噪声量子信息处理研究

The quantum-memory-assisted super-entropic squeezing and ultra-low noise quantum information processes are investigated. quantum-memory-assisted entropic uncertainty relations for different kinks of quantum squeezing system are obtained by using quantum entropy theory , Lagrangian multiplier method and numerical method. The super-entropic squeezing for observables of quantum squeezing system is defined by using these entropic uncertainty relations. The matching between the quantum squeezing system and quantum-memory system can be realized by using quantum control technology which can make quantum squeezing system and quantum-memory system to be in maximal entanglement state. By this result, the quantum uncertainty and the quantum noise in the quantum squeezing system can be eliminated farthest. The theoretical and experimental schemes can be provided for the preparation of squeezed light , squeezed atom and squeezed spin resource with the ultra-low noise. Applying the quantum squeezing resource with ultra-low noise to the quantum information processes, the quantum information processes technology With ultra-low noise and high fidelity can be developed. In this project, the surmount of the theory and the innovating of technology and method can be appeared in the study domain of quantum squeezing and quantum information processes.

研究量子存储支撑的超熵压缩与超低噪声量子信息处理。采用量子熵理论、拉格朗日乘子法和数值计算方法，建立量子存储支撑下的各种不同类型量子压缩系统的熵不确定关系。根据得到的熵不确定关系定义量子压缩系统可观察量的超熵压缩；通过采用量子调控技术，使量子压缩系统与量子存储系统处于最大纠缠态以实现最佳的匹配，使量子压缩系统量子不确定性得到最大程度的消除, 量子噪声得到最大的压缩；为制备超低噪声的压缩光、 压缩原子与压缩自旋资源提供理论与实验方案；将超低噪声量子压缩资源应用于量子信息处理，发展超低噪声、高保真度的量子信息处理技术；通过项目的研究，力争在量子压缩效应与量子信息处理研究领域出现重要的理论突破与技术、方法的创新。

本项目研究量子存储支撑的超熵压缩与超低噪声量子信息处理。采用量子熵理论和数值计算方法，建立了量子存储支撑下光场、原子与自旋系统等不同类型量子系统的熵不确定关系，揭示了这些系统的熵压缩动力学行为与规律；提出了利用量子存储支撑技术与量子跃迁反馈、量子弱测量与反馈测量、非马尔科夫效应、DM(Dzyaloshinskii-Moriya)相互作用、非厄米量子操作等技术相结合减少或消除量子系统不确定性，制备既具有最佳压缩度，又具有长持续压缩时间的超低噪声或无噪声的原子、光场与自旋压缩资源的有效方案；设计了利用综合量子调控技术保护原子压缩与纠缠资源、量子隐形传态、原子参量精度估计等免受环境噪声与信道噪声影响的超低噪声量子信息处理方案。根据学科前沿的发展动态，就耗散环境中的原子布居动力学、量子跃迁反馈控制下原子比特的量子速度极限、经典相位噪声下量子比特系统的非马尔科夫性以及量子弱测量下的量子博弈等内容做了扩展研究，增强了项目研究内容的前沿性。项目研究取得了许多重要成果：在国内外高级学术刊物发表SCI论文39篇，培养博士研究生10名，硕士研究生11名。项目组成员参加国际学术会议3次，学术报告1次；参加国内学术会议1次，学术报告1次。项目的实施对于压缩与纠缠资源制备和量子信息处理研究有一定的理论、技术与方法的创新；项目的成果对于制备超低噪声量子信息资源，实现超低噪声量子信息处理具有重要的应用参考价值。