《噪損情況下單量子態處理與套用中的若干理論問題研究》是依託清華大學，由王向斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：噪損情況下單量子態處理與套用中的若干理論問題研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王向斌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究噪聲信源，噪聲通道和損耗通道下的有效量子態保護、操控以及在量子通信套用中的若干關鍵理論問題。其中包括基於原子系統的指示型光源與指示型量子態操控理論，研究如何實現指示型單光子檢測，指示型量子存儲和量子操作以及在量子保密通信中的可能套用；噪聲通道下的量子態保護，恢復與套用，研究基於弱測量的量子態恢復的理論與實驗方法，結合動力學解耦與弱測量的量子態保護與恢復，以及它們在量子保密通信中的可能套用；基於非理想信源的與儀器無關的安全量子保密通信。
結題摘要
通過微觀物體的量子行為來進行信息處理的量子信息和量子計算以及量子密碼學是近年來的熱門領域。這些方向的發展都依賴於對單量子態以及糾纏態的精確操控。但真實情況中，量子體系中總是存在噪聲以及損耗，它們會導致以往大量的基於理論上完美的無噪聲環境的單量子態操控理論在實際中面臨各種困境，因此研究在噪損條件下的單量子態的處理和保護問題具有重大意義。 我們於2015年提出了基於聯契約束和全局最佳化以及含真空部分統一處理的測量設備無關量子密鑰分發（MDIQKD）的最佳化協定，將成碼率提高了數倍甚至數十倍。在此基礎上，我們考慮光源存在缺陷時的安全成碼公式，解決了光源漲落帶來的安全性漏洞。但考慮到光源漲落會極大的降低成碼率，我們考慮了一種光源漲落存在關聯的系統，它可以大幅度提高有光源漲落時的成碼率。另外，由於實際中不存在實用的真空源，我們還提出了一種不含真空源的協定，使得MDIQKD協定更具實用化。我們提出了一種可以容忍大校準誤差的稱為“發或不發（sending or not sending）TF-QKD”的新協定，數值結果所示，即使單光子干涉校準誤碼率高達15％，25％，35％或45％，該協定也能得到超過700 km，600 km，500 km或300 km的安全距離。 我們研究了高效的指示型量子操控，最終提出了利用多個原子系統來實現指示型的量子糾纏，這一點對於最終提高量子通信的實用性有著相當的意義。我們深入探索了非平衡的量子點系統與光機械振子的快速冷卻，均相比以往的成果提高了效率和實用性。此外，我們研究了非絕熱近似下短脈衝的量子存儲問題，並提出了實驗上易於實現的高效存儲方案。我們研究了非馬爾科夫近似下基於原子和腔相互作用的量子控制相位門的實現，我們發現當環境為洛倫茲譜時，總可以實現一個理想的量子控制相位門。 我們研究了腔系統中腔對光子的阻塞效應(photon blockade)，使得輸出脈衝里單光子的比例遠大於平常使用的弱相干光源，通過數值模擬，我們發現以這個腔系統作為光源來進行量子密鑰分發，得到的成碼率遠高於使用弱相干光源的情況。
