《基於矢量光場的超糾纏量子比特製備及其套用研究》是依託中國科學技術大學，由汪喜林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於矢量光場的超糾纏量子比特製備及其套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪喜林
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
如何進一步高效地擴展糾纏量子比特數目一直都是量子信息領域的一個嚴峻挑戰，迄今為止，已製備的最多的糾纏量子比特是囚禁離子系統中的十四個量子比特；而對於光子而言，目前製備的最多的量子比特數目是十個，是在偏振和動量的超糾纏基礎上實現的五光子十比特。為了進一步增加可控糾纏量子比特數，可藉助於光子其他自由度的超糾纏，例如軌道角動量。本項目藉助矢量光場同時調控光子自旋角動量和軌道角動量這一特性，研究光子偏振和軌道角動量的超糾纏物理規律，力求突破技術瓶頸，實驗上實現偏振和軌道角動量超糾纏，旨在更進一步高效擴展糾纏量子比特數目。首先製備雙光子四比特糾纏源；其次進一步引入光子動量糾纏，完成雙光子三維超糾纏六比特糾纏源的製備；更進一步，糾纏更多的光子數，陸續實現三光子、四光子和五光子的三維超糾纏，最終製備十五比特糾纏源。研究與這類新型超糾纏源相關的一些基本量子力學問題，並探索其在量子光學和量子信息中的套用。
結題摘要
如何進一步高效地擴展糾纏量子比特數目一直都是量子信息領域的一個嚴峻挑戰。對於光子而言，有兩條途徑可以增加可控量子比特數目：（1）糾纏更多光子(目前的最好水平是八光子糾纏)；（2）調控光子更多自由度，利用單個光子編碼更多量子比特（目前的最好水平是五光子十比特）。本項目致力於研究後者所需要的技術：首先著眼於光子的軌道角動量這一自由度，重點發展了相應的量子調控技術，其次結合光子自旋和路逕自由度的相干調控技術，最終實現了對光子自旋、路徑和軌道角動量三個自由度的相干調控。特別是，利用高效軌道角動量量子調控技術，我們成功製備了高亮度軌道角動量糾纏源以及自旋和軌道角動量同時糾纏的高亮度超糾纏源；同時還發展了光子自旋和軌道角動量量子比特的受控操作技術，實現了光子信息在自旋和軌道角動量之間的確定性相互轉換以及交換；同時藉助於一對軌道角動量糾纏輔助光子對，巧妙地設計了利用單光子非破壞測量技術實現自旋和軌道角動量多自由度貝爾態測量的新方案；在此基礎上，突破了以往國際上只能操縱兩光子軌道角動量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-軌道角動量糾纏實驗平台，成功實現了多自由度量子體系的隱形傳態，該成果以封面標題的形式發表於《自然》雜誌 [Nature，518, 516-519 (2015)，項目負責人是該成果第一作者]。這是自1997年國際上首次實現單一自由度量子隱形傳態以來，科學家們經過18年努力在量子信息實驗研究領域取得的又一重大突破，為發展可擴展的量子計算和量子網路技術奠定了堅實的基礎。該成果一經發表，便受到眾多國內外科技媒體的廣泛報導，2015年底，該成果被英國物理學會（Institute of Physics）新聞網站《物理世界》（Physics World）評為2015年度國際物理學領域的十項重大突破之榜首（“Breakthrough of the Year”），隨後，該成果入選了由兩院院士評選的2015年度中國十大科技進展新聞。
