《遠程量子通信中的物理問題研究》是依託北京師範大學，由鄧富國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：遠程量子通信中的物理問題研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：鄧富國
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
遠程化、網路化是量子通信走向實用的必然要求。本項目將緊密聯繫具體實驗，對遠程量子通信中的部分物理問題展開深入研究，研究損耗噪聲環境下的光量子態避錯傳輸新方法、新思路，探索糾纏光量子系統經有損噪聲傳輸後的實用糾纏純化方法，結合糾纏系統的抗噪聲能力和糾纏存儲研究量子中繼器中的糾纏連結等物理問題。在有損噪聲下的量子態避錯傳輸上，提出若干在實驗上易操作的物理方案並套用於量子通信的若干分支，克服有損噪聲對遠程量子通信安全和傳輸效率等方面的一些影響；在量子態的純化處理上，綜合信道噪聲、損耗、實驗實現難易，尋找有損噪聲下的最佳化糾纏純化方案；在糾纏連結上，結合量子網路節點存儲問題，研究光與原子、光與電子等物理實體之間的糾纏連結，並套用於量子中繼器、服務於遠程量子通信。
結題摘要
遠程化、網路化是量子通信走向實用的必然要求，而光子是量子信息的載體，它在光纖等量子通道中的傳輸不可避免地受到噪聲的負面影響，包括降低光量子態的保真度和限制光子的有效傳輸距離，從而降低通信的安全性和實用性。為了克服這一缺陷，需要採用避錯的光量子態傳輸方法壓制信道噪聲的大部分影響，然後通過糾纏純化和糾纏濃縮技術進一步提高傳輸後光量子態的保真度，藉助量子中繼器完成長距離量子通信與網路量子通信。在本項目中，我們緊密聯繫實驗，對糾纏濃縮、糾纏純化、量子中繼器、量子系統抗噪聲能力、高容量與固態量子信息處理等遠程量子通信中的一些重要物理問題開展了系統深入的研究，獲得了一些有創新性的研究成果：(1) 提出了係數劈裂糾纏濃縮方法，這是基於實驗上極易實現的線性光學元件下的糾纏濃縮新方法，被同行稱為是最有效的、最實用的糾纏濃縮方法；(2) 提出了光子兩自由度超糾纏純化的第一個物理模型和高效的兩步超糾纏純化方案，引領了超糾纏純化與超糾纏濃縮研究；(3) 提出了原子系綜的糾纏純化與糾纏濃縮方案，並結合光量子態的保真傳輸、糾纏連結、糾纏純化，提出了基於原子系綜的預報式的量子中繼器模型；設計了基於電子自旋的、具有避錯功能的固態量子中繼器; (4) 研究了2x3量子系統兩參數類態的糾纏動力學規則，發現糾纏突然死亡是一個普適的現象；研究了一兩參數類qubit-qutrit系統在各種耗散信道下的動力學；(5) 提出了超並行量子計算的概念，並構建了基於光子極化模式與空間模式兩自由度的第一個超並行控制非門; (6) 研究了超導量子比特和超導共振腔量子比特的量子計算與量子糾纏態產生，提出了數個很好的物理方案，構建了一批緊緻的普適的固態量子門。我們的這一些研究成果可以用於未來的量子中繼與遠程量子通信。在本項目研究過程中，發表標註本項目資助的SCI論文39篇，其中Phys. Rev. A、Optics Express、Scientific Reports等著名期刊上發表標註論文22篇，遠超過了發表學術論文20篇的預計目標；在國內重要學術會議上作學術報告25次，遠超過了4-6次的預計目標；培養碩士畢業生1名、博士畢業生5名，在讀碩士生6名、博士生5名；2013年獲得國家自然科學二等獎(第二完成人)一項。
