量子信息实验室

 

实验室主要成员:乔从丰教授、陈志歆、Sultan Mahmood  Zangi、黄永明

主要研究方向:    量子物理基本问题的理论研究与实验检验;

                           多量子比特超纠缠态的制备方案;

主要研究成果:

1. 量子物理基本问题的理论研究与实验检验

a.不确定关系:

      不确定关系自海森堡上世纪20年代提出后,人们一直认为这种方差形式的不确定关系没有不依赖于量子态非平庸下限,也无法直接用于描述多个物理量不确定度之间的平衡关系。我们提出的一种新型量子不确定关系式,突破了海森堡型不确定性关系的下限依赖、仅适用于成对出现的物理量的限制。同时我们还证明了熵形式的不确定关系与方差形式不确定关系的等价性定理,使得各不同形式不确定关系可以互相转化。

b. 纠缠态分类

      纠缠态是量子物理的核心物理资源。不同的纠缠态可以实现不同的量子信息任务。根据其实现量子信息任务的不同可对量子纠缠态进行分类。纠缠态分类之于量子信息相当于元素周期表之于化学。我们完成了截止目前最系统的纠缠体系分类。

c.非定域性的实验检验:

      量子纠缠及其包含的量子非定域性是量子理论区别于经典理论的最核心内容之一。量子非定域性在光学领域已获得广泛验证和应用,但只涉及无质量的波色子-光子。高能物理研究的各种粒子参与了自然界已知的所有四种基本相互作用:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。我们提出了新的易于实验的检验非定域关联的物理过程。

d.量子测量扰动关系的实验检验:

      量子测量扰动关系是由不确定关系对内禀不确定度的研究向实际物理测量的扩展,是实验物理的关键基础,决定着实际测量中信息之间的限制关系,直接关系到获取信息的能力,决定着测量与干扰之间的权衡关系,直接影响量子保密通信中的信息安全。但目前测量扰动关系形式不一,部分实验也局限于特定表达式。所以,从一个统一的角度同时对众多量子测量扰动关系进行实验检验、比较和判别变得非常重要和迫切!这正是我们目前正在做的实验。

2. 多量子比特超纠缠态的制备方案

a.四光子12-qubit超纠缠态的制备

      研究背景:量子比特是量子计算机的基本信息单元,因此实现并操控多个量子比特是量子信息处理的本质任务。但是目前实验上单纯通过增加纠缠粒子数目来扩展是十分困难的,而超纠缠则是利用粒子多个自由度分别形成纠缠来使其携带多个量子比特,所以是一种可行的扩展量子比特的途径。

      主要工作:利用频率下转换、非线性交叉克尔效应、分波器和合波器制备同时在偏振、频率和路径三个自由度上纠缠的超纠缠态。

b.2*4*4高维超纠缠态的制备

      研究背景:随着量子信息研究的深入,人们对信息量的需求也越来越大,于是高维纠缠态开始被人关注。高维纠缠态的态空间要远大于量子比特,因此理论上比量子比特具有更大的信息携带量。而且高维纠缠态拥有更强的非局域性,可以显著地增强量子密钥传输的安全性和效率。

      主要工作:利用频率下转换、非线性交叉克尔效应、倍频器制备偏振、频率和路径超纠缠态,其中频率与路径为四维纠缠。