光学与量子点系统退相干无关子空间物理问题及应用研究

The interactions between quantum system and environment will cause information errors, which will influence the fidelity and security of communication. Decoherence-free subspace is a novel method to deal with the problem of collective noise condition. The essential work is studying the evolution characters of quantum systems, such as optical system and atom cavity, in collective noise condition. Based on this study, we will project quantum states of different decoherence-free subspace and devise general quantum gates which are more efficiency and practicality using those states as logic-qubits. The evolution of photons and quantum dots hybrid quantum systems in noise environment will also be studied. We will investigate the application of hybrid entanglement states which is decoherence-free subspaces of quantum system in entanglement links and quantum repeaters. Our work will apply more theoretics supports for the study of quantum communication with noises.

在量子通信中，量子系统不可避免地与环境发生相互作用，引起信息出错，影响信息保真度和安全性，而退相干无关子空间在对抗特定噪声方面有重要应用。本项目主要研究在联合噪声假设条件下量子系统的演化性质，以及相应的退相干无关子空间结构，利用克尔非线性效应和光子与量子点相互作用性质，设计高效、实用的制备、控制量子系统中不同退相干无关子空间量子态的方案。我们将深入探讨光子与量子点组成的杂化纠缠系统在不同噪声假设下的演化机制，对其退相干无关子空间的结构与量子态实现展开研究，并进一步研究其在纠缠链接，量子中继中的应用。我们的工作将为噪声条件下安全量子通信研究提供更多的理论依据。

在量子通信中，量子系统不可避免地与环境发生相互作用，引起信息出错，影响信息保真度和安全性，而退相干无关子空间在对抗特定噪声方面有重要应用。本项目主要研究了在联合噪声假设条件下量子系统的演化性质，以及相应的退相干无关子空间结构，提出了光学系统逻辑比特量子门操作和结合退相干无关子空间容忍噪声错误和测量设备无关子空间关闭测量设备不完美引入安全漏洞优点，并可推广至网络系统的量子通信方案。并研究了超导量子系统中不同噪声条件下退相干无关子空间逻辑量子比特的制备和操控。另外在量子安全性方面和量子态克隆等方面也做了相关工作。这些工作为后续杂化系统的退相干无关子空间，逻辑比特量子密码通信的安全性及量子中继研究打下良好的基础，有助于进一步促进安全、高效的量子通信实用化。