非高斯型连续变量纠缠态的非高斯调控及其纠缠性质研究

Non-Gaussian continous variable entanglement states are new resources in quantum information processing,which play an important role far beyond the scope of traditional quantum optics. Our project will introduce some new non-Gaussian continous varialbe two-mode entanglement states by non-Gaussian operation such as photon subtraction and/or beam splitter Gaussian operation. We shall evaluate the role of improving nonclassical properties including entanglement properties and quantum teleportation. Then, we will investigate the relation between the non-Gaussianity of our seed states and their nonclassical properties. As well as, the role of non-Gaussian plays in the enhancement of the fidelity in quantum teleportation will be studied. By numerical analysis according various parameters invovled in states, we try to give the condition to improve nonclassicalities (including entanglement) and the fidelity in quantum teleportation. These results can provide a useful reference for the optical experimental design and its application in quantum information processing.

非高斯型连续变量纠缠态所发挥的作用远远超出了传统量子光学的范畴，它为量子信息处理提供了一种新的物理载体。本项目利用非高斯操作(如：光子扣除等)和分束器高斯操作分别或联合作用于传统光场量子态的制备方法，引入新的非高斯型连续变量双模纠缠态。研究非高斯操作在改善纠缠态的纠缠性质，以及提高量子隐形传态保真度中的应用。通过对纠缠态非高斯性的度量，进一步研究非高斯操作所引起的非高斯性与相应纠缠属性之间的关系，以及非高斯性对隐形传态保真度的影响。通过对纠缠态所涉及的物理量进行数值分析，给出改善纠缠等非经典性质和隐性传态保真度的可行性条件，为光学实验设计以及它们在量子信息处理中的应用提供有益的理论参考。

近年来，连续变量非高斯型纠缠态在量子光学和量子信息领域受到了人们的更多关注. 本项目主要从理论上研究了非高斯型纠缠态的纠缠等非经典性质，以及这些纠缠态在量子隐形传态和量子精密测量中的性能表现。项目研究结果表明：（1）与高斯型的双模压缩真空态相比较，对称的光子扣除双模压缩真空态具有更强的压缩性质、EPR相关性和von Neumann纠缠度，而且可以进一步提高量子隐形传态的保真度。但光子增加双模压缩真空态虽然具有更高的纠缠度，但它不能提高量子态的双模压缩程度和EPR相关性，也就不能提高量子隐形传态的保真度。（2）基于Mach–Zehnder干涉仪和宇称算符测量方案，与双模压缩真空态（或光子扣除的情况）相比较，光子增加双模压缩真空态作为探测态时，可以更好的提高对未知相位移的测量精度（在给定相同的压缩参数r的情况下）。而且根据Fisher信息的分析，利用光子增加/扣除双模压缩真空态作为探测态，宇称算符方案可以达到量子Cramer–Rao极限。（3）光子增加和光子扣除可以丰富量子态的非经典性质。譬如，根据Mandel Q参数，光子扣除可以导致双模压缩相干态呈现出明显的亚泊松分布性质；光子扣除双模压缩相干态的Wigner分布函形状和负值分布对量子态中的相位比较敏感；光子增加和光子扣除这两种非高斯操作可以使得Hillery–Zubairy E参量取得更小的负值，从另一个方面表明光子增加和光子扣除可以提高量子态的纠缠度。总之，本项目所取得的一些研究结果可以丰富人们对非高斯型量子态性质的认识；通过对它们在量子隐形传态和量子精密测量的性能表现研究，可以为相关实验或非高斯型纠缠态在量子信息中的实际应用提供一定的理论参考。