相干反馈控制纠缠增强的理论研究

In recent years, it has already been proved that the theory of quantum feedback networks can be applied to a variety of physical settings. Continuous variable (cv) entangled optical fields are the basic quantum resources for implementing cv quantum information research and it is necessary to apply the theory of quantum feedback networks to generation system of optical entangled state. Because of introducing no any additional noise, the non-measurement-based coherent feedback control (CFC) method can be used to stabilize, manipulate or enhance the quantum performance of generation system of entangled states，which can provide more better and more stable quantum resources for more complicated quantum information processing in the future. In this project, firstly, we theoretically design new manipulation systems for EPR entangled optical fields and polarization entangled optical fields. Secondly, we theoretically calculate the influences of various physical parameters on performance of the CFC, and obtain optimized parameters of coherent feedback control system for different entangled state optical fields. Thirdly, we compare and analyze the advantages and disadvantages of different CFC systems based on the similar research that we have completed before. These above studies provide powerful references for controlling more physical settings using CFC method for future.

近年来，量子反馈网络理论已经被证实可以应用于多种物理系统中。连续变量纠缠态光场是进行连续变量量子信息研究的基本量子资源，将量子反馈网络理论应用于纠缠态光场的制备是十分必要的。基于非测量的相干反馈控制不会引入任何额外的噪声，可以用来稳定、操控或提高纠缠产生系统的性能，为以后完成更加复杂的量子信息处理提供更好更稳定的量子资源。本项目中，我们首先设计一种新的相干反馈控制EPR纠缠态光场和偏振纠缠态光场的理论方案，然后通过理论计算研究不同的物理参量对相干反馈控制效果的影响，得到相干反馈控制不同纠缠光场的最佳物理条件，并结合已完成的工作，对比分析不同相干反馈控制模型操控纠缠态光场的优劣势，为今后利用相干反馈操控更多物理系统提供了有力的理论依据。

量子信息科学是近年来迅速发展的一门交叉学科，它利用各种量子资源进行信息的传递和处理，其目的是使信息的安全性、处理速率以及计算精度等突破经典信息系统的极限。量子信息科学包括量子通信、量子计算以及量子计量学等内容。在连续变量领域，由于连续变量纠缠态光场具有确定性和探测效率高的特点，在量子信息研究中起着重要的作用。研究还发现纠缠源的质量很大程度地影响着量子信息传输的速率与效率，所以提高纠缠源的质量是实现量子信息实用化发展的重要问题之一。因为受到光学元件自身性能的限制，单个腔输出光场的纠缠度不能仅仅通过优化光学元器件被一味地提高。对纠缠态光场进行有效的操控，可以将纠缠水平进一步提高，打破由于光学元件自身性能的不完美而引起的纠缠度无法被进一步提高的限制。相干反馈和级联操控的方法都可以一定程度地增强纠缠态光场的纠缠度。基于非测量的相干反馈控制系统，对输出的量子态不经过测量而是直接反馈回量子态的产生系统中，没有必须的测量步骤而不会引入任何额外的噪声，是一种很好地操控非经典光场的方法。级联操控是将一个光学腔输出的纠缠态光场，重新注入到另一个光学腔内，从而对第一个光学腔输出的纠缠态光场的纠缠度进行放大，在一定条件下实现纠缠增强。我们研究小组就这两种操控方式，进行了详细的理论分析，为实验获得高质量的纠缠资源提供有力的理论和实验依据。制备高质量的纠缠源是为完成高质量的量子通信和量子计算服务的，所以将其应用在量子信息技术中是十分重要的。我们研究小组将制备好的纠缠源应用于量子通信技术中，实验实现了四用户之间的量子秘密共享，并且实现了多功能量子远程传态网络的理论构建方案，这些高质量纠缠态光场在量子信息方面的应用为以后建立更大规模更加复杂的量子信息网络提供了更多更广阔的应用前景，加快了量子信息实用化的步伐。