基于条件测量操作制备新的非高斯量子态及其应用研究

Non-Gaussian quantum states can effectively remedy the defects of traditional Gaussian quantum states in quantum information processing, which provides new physical carrier for quantum information processing, and promotes the development of quantum state engineering. This project aims to prepared new type non-Gaussian quantum state with high order non-classical properties via the conditional measurement operation after some traditional Gaussian optical fields are put into beam splitter and parametric amplifier devices. Combining with various physical quantities in the conditional quantum states, we use some specific numerical analysis to explore the feasibility of conditional measurement operation and improve the nonclassicality of quantum states such as entanglement, which further can improve the precision in quantum metrology and the fidelity in quantum teleportation. The implementation of the project will provide theoretical basis to perfectly finish some experimental designs in quantum optics and their applications in quantum information processing.

非高斯量子态可以有效弥补传统高斯型量子态在量子信息处理中的一些不足，为量子信息处理提供新的物理载体，并且推动光场量子态调控工程的发展。本项目旨在利用传统高斯型光场经过光束分离器或参量放大器等装置发生干涉后，通过条件测量操作的方法，制备出具有高阶非经典属性的新型非高斯量子态。结合条件量子态中各物理量进行一些具体的数值分析，探究出条件测量操作在改善量子态的纠缠等非经典性方面的可行性条件，从而提高量子精密测量精度和量子隐形传态保真度，为量子光学实验设计以及它们在量子信息处理中的应用提供有力的理论支撑。

量子态的纠缠等非经典性质，在理解量子物理的根本问题上起着关键性的作用，是完成量子信息处理任务的关键及重要资源。制备（即产生量子态）、了解（即分析量子态的属性）并最终操纵（如应用于量子信息处理等）光场的非经典量子态就成为了量子光学领域的基本任务和目标。科研人员已经提出了很多方案产生量子态，并在实验上已经得到了实现。同时，不同类型量子态的非经典性和纠缠特点在量子技术领域（如量子精密测量和量子隐形传输）中有诸多应用。.本项目利用传统高斯型光场经过光束分离器或参量放大器等装置发生干涉后，通过条件测量操作的方法，制备出了具有高阶非经典属性的新型非高斯量子态。结合条件量子态中各物理量进行一些具体的数值分析，研究了条件测量操作在改善量子态的纠缠等非经典性方面的可行性条件，提高量子精密测量精度和量子隐形传态保真度。这些研究为量子光学实验设计以及它们在量子信息处理中的应用提供有力的理论支撑。.我们通过条件测量操作，制备了剪切双模压缩真空态、剪切相干态、拉盖尔多项式激发相干态、厄米多项式激发压缩真空态，双变量厄米多项式激发压缩真空态等非高斯量子态，发现它们的非经典性或纠缠在一定参数范围内得到改善改变,并研究了它们在量子技术中的应用。考虑了耗散对条件测量制备非高斯量子态的非经典性影响。总之，非高斯量子态可以弥补传统高斯型量子态在量子信息处理中的一些不足，为量子信息处理提供新的物理载体。