最近的一项研究提出了利用弱非线性实现多光子GHZ态的制备及区分方案, 为光学上实现量子计算及量子通信提供必要的纠缠资源.

这项名为《Entangler and analyzer for multiphoton Greenberger-Horne-Zeilinger states using weak nonlinearities》研究论文发表于《中国科学: 物理学 力学 天文学(英文版)》2014年第11期. 由河北师范大学博士研究生丁东, 博士生导师闫凤利教授及博士生导师高亭教授共同撰写.

量子纠缠作为一种资源在量子计算及量子信息中有着极为重要的应用. 用光学方法实现量子纠缠是目前人们研究的热点之一, 尤其是利用cross-Kerr非线性介质及量子非破坏性测量来进行量子信息处理更具有非常广泛的应用前景. 然而, 值得注意的是由于cross-Kerr介质本身的非线性非常弱, 所以在非线性相互作用过程中如果同时引入符号相反的相位角必然存在实现上的困难,从而影响cross-Kerr介质在量子信息学中的应用.

该研究的创新之处在于, 在非线性相互作用过程中没有同时引入符号相反的相位角, 只是通过巧妙设计量子线路就实现了多光子纠缠态的制备, 完善了cross-Kerr非线性介质在量子信息学中的应用. 研究结果表明, 单光子输入态经cross-Kerr非线性介质相互作用后通过对相干探针束进行相移操作并实施位置零拍探测, 根据反馈的测量信息对信号光子执行适当的局域操作就可以几乎确定性的方式制备多光子GHZ态(见图1). 基于多光子GHZ态的制备装置构建的一个多光子GHZ态分析装置可几乎确定性的区分多光子GHZ态(见图2).

图1  多光子GHZ态制备装置

图2  多光子GHZ态区分装置

该研究对用光学方法实现量子纠缠态的制备及区分具有重要意义.

研究得到了国家自然科学基金资助项目(批准号: 11371005), 河北省自然科学基金资助项目(批准号: A2012205013, A2014205060)及中央高校基本科研业务费资助项目(批准号: 3142014068)资助.

来源论文:

DING Dong, YAN FengLi, GAO Ting. Entangler and analyzer for multiphoton Greenberger-Horne-Zeilinger states using weak nonlinearities. SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy, 2014, 57(11): 2098-2103

论文链接: http://phys.scichina.com:8083/sciGe/EN/abstract/abstract509222.shtml