非高斯條件下的量子照明研究

《非高斯條件下的量子照明研究》是依託北京理工大學，由張勝利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非高斯條件下的量子照明研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：張勝利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

量子照明，準確地說是量子目標探測。它是量子信息技術與傳統目標探測與識別相交叉的新興研究方向。與傳統目標探測相比，量子照明是用兩模或多模糾纏量子態進行暗弱目標的探測。在探測信號能量相同的條件下，基於量子糾纏態的量子照明具有更低的誤判機率。我們研究證明了光子擦除技術可以進一步降低虛警機率、擴展量子照明的適用範圍、提高在光子有損環境下的量子照明的整體性能。本項目擬圍繞非高斯條件下的量子照明，從糾纏信號的製備、傳輸和探測三個角度進行研究。具體地：(1)研究基於多模高斯和非高斯糾纏態的量子照明方案，解決糾纏光源的最佳化和改進問題。(2) 研究隨機介質條件下非高斯信道中量子態的動力學模擬，解決大氣湍流條件下的量子照明性能評估問題。(3)研究以糾纏蒸餾和無噪線性放大為代表的量子非高斯後處理操作，提高量子照明接收端的糾纏態中的量子關聯，進一步降低虛警機率，提升量子照明的實用性水平。

結題摘要

量子照明，準確地說是量子目標探測。它是量子信息技術與傳統目標探測與識別相交叉的新興研究方向。與傳統目標探測相比，量子照明是用兩模或多模糾纏量子態進行暗弱目標的探測。在探測信號能量相同的條件下，基於量子糾纏態的量子照明具有更低的誤判機率。我們研究證明了光子擦除技術可以進一步降低虛警機率、擴展量子照明的適用範圍、提高在光子有損環境下的量子照明的整體性能。本項目圍繞非高斯條件下的量子照明，從非高斯糾纏態的製備、非高斯信道、以及非高斯的量子探測三個角度進行研究。截止目前，發表SCI論文8篇，其中Phys.Rev.A 、Optics Express、OSA Continuum、JOSA B各1篇。具體地：(1)研究基於光子注入的相干態量子雷達方案。設計了一種無兩模壓縮態輸入的量子雷達探測方案。該方案可以同等條件下，將誤判機率降低兩個數量級。我們還討論了多模非高斯糾纏態的量子照明方案，對光子數關聯的多模糾纏在量子目標探測中的適用性問題進行了分析。(2) 研究非高斯信道條件下量子糾纏的動力學。以大氣湍流條件信道為例，研究了該非高斯信道下的量子糾纏蒸餾、量子隱形傳態、量子密鑰分發等問題，驗證了非高斯信道下量子態輸入輸出關係。證明了非高斯信道下量子糾纏分發的可行性。我們還結合最近雙場量子密碼的成果，利用在中間進行非高斯探測的辦法，研究了如何高效地分發糾纏相干態的問題。(3)證明了局域位移操作可以確定性地提高量子照明的效果。我們以光子催化為突破口，證明了光子催化與量子無噪放大的等效性。證明了量子催化下量子態的相干性明顯增強，可以進一步降低虛警機率，提升量子照明的實用性水平。研究過程中我們也衍生出了任意多模高斯態光子數統計計算法。該算法可以更加深入地揭示了多模量子糾纏的光子數統計。這為我們研究連續變數多體糾纏及其演化提供了工具。我們將該工具套用到了強壓縮條件下的糾纏蒸餾和強損耗下的糾纏分發理論中，取得了較好的效果。