基于超纠缠态的量子通信和量子门的研究

This project focus on the decoherence and loss effect of quantum information in long distance quantum communication. In the process of quantum communication, the channel noise may affect the state of the quantum bit. The project aims to realize the decoherence free process by exploiting hyperentanglement resources. By using the hyperentanglement quantum state, we propose the hyperentanglement purification and hyperentanglement concentration protocols. Our research conbines the theory with the realistic physics system, and generalize it to the application of quantum repeaters and unlocal quantum gate operation. Based on the cavity, quantum information can be exchanged between different physics systems which can be used as the quantum storage units. We propose the quantum information processing protocols to combine the advantages of different physical systems.

量子通信过程中，由于受到环境噪声的影响，量子态会出现退相干和信号损耗。本申请拟对远程量子通信中如何有效地抑制退相干并扩充信道容量的问题进行理论研究。研究超纠缠光子在量子态高保真传输等量子信息处理方面的应用，构建高容量、抗噪声的量子通信网络模型；利用量子点与微腔耦合系统辅助实现超纠缠光子的量子纠缠纯化、纠缠浓缩等克服退相干的量子信息处理过程，并将其扩展到量子中继的应用研究中，设计出高效的非定域固体系统量子门操作；借助微腔系统，实现量子点和其他量子存储单元之间信息的交换和处理，结合不同的物理实体优点和长处，阐明其作为信息载体的优势，以期为远程量子通信的实验实现奠定基础。

本项目主要研究“远程量子通信中如何有效地抑制退相干并扩充信道容量”的问题，主要是利用量子点与微腔耦合系统，基于超纠缠光子资源提出非定域并行量子计算的模型，构建高容量、抗噪声的量子通信网络模型；利用NV色芯与圆盘微腔耦合系统，设计出电子-光子杂和系统的多比特逻辑门操作，大大简化了多比特门操作的过程，提高了效率;利用线性光学系统，实现多自由度光子的量子信息提取，超纠缠纯化、超纠缠浓缩等量子信息操作以克服信道损耗和退相干所带来的信号失真的问题。本项目的特点是结合不同的物理实体优点和长处,阐明其作为信息载体的优势,以期为远程量子通信的实验实现奠定基础。