多光子偏振态与单光子高维空间态之间的相互变换及其应用

林青

doi:10.7498/aps.60.084209

摘要

基于一种特殊的控制非门,实现多光子偏振态与单光子空间高维态之间的相互变换,使得对多光子偏振态的操作可以通过对单光子的操作来完成,由此可以实现任意多光子正定算符值测量和多光子任意幺正操作.这种实现方式是以一定概率完成的,但其效率要优于此前的方案,在目前的实验条件下是可行的.

关键词:

Based on a special controlled-NOT gate, a multi-photon state encoded in polarizations of photons could be transformed into the corresponding single photon qudit encoded in spatial mode. It will make the processing on multi-photon change into the operation on a single-photon, if the inverse transformation from a single photon qudit back to a multi-photon state could be realized also. Associated with linear optical multi-port interferometer for single-photon unitary operation, the positive-operator value measurement and the universal unitary operation for multi-photon state are realized. This approach is more efficient than the previous one with decomposition into two-qubit gates in the circuit-based quantum computation, and it is feasible with using the current experimental technology.

Keywords:

single photon qudit /
special controlled-NOT gate /
linear optical multi-port interferometer

作者及机构信息

林青

1.
华侨大学信息科学与工程学院,厦门 361021

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11005040)、福建省自然科学基金(批准号:2010J05008)和中央高等学校基本科研基金(批准号:JB-SJ1007)资助的课题.

Authors and contacts

Lin Qing

1.
College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China

参考文献

[1]	Wootters W K, Zurek W H 1982 Nature 299 802
[2]
[3]	Dieks D 1982 Phys. Lett. A 92 271
[4]
[5]	Nielsen M A, Chuang I L 2000 Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge: Cambridge University Press) pp24, 87,291
[6]
[7]	Kok P, Munro W J, Nemoto K, Ralph T C, Dowling J P, Milburn G J 2007 Rev. Mod. Phys. 79 135
[8]	Reck M, Zeilinger A, Bernstein H J, Bertani P 1994 Phys. Rev. Lett. 73 58
[9]
[10]	Lin Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2976 (in Chinese) [林青 2010 物理学报 59 2976]
[11]
[12]	Yang Y G, Wen Q Y, Zhu F C 2006 Acta Phys. Sin. 55 3255(in Chinese) [杨宇光、温巧燕、朱甫臣 2006 物理学报 55 3255]
[13]
[14]
[15]	Lin Q 2009 Chin. Phys. Lett. 26 040301
[16]
[17]	Zheng Y Z, Gu Y J, Wu G C, Guo G C 2003 Chin. Phys. B 12 1070
[18]
[19]	Guo F Z, Gao F, Wen Q Y, Zhu F C 2006 Chin. Phys. B 15 1690
[20]	Zhan Y B 2007 Chin. Phys. B 16 2557
[21]
[22]	Chen L B, Lu H, Jin R B 2007 Chin. Phys. B 16 3204
[23]
[24]
[25]	Vidal G, Dawson C M 2004 Phys. Rev. A 69 R010301
[26]	Vatan F, Williams C 2004 Phys. Rev. A 69 032315
[27]
[28]
[29]	Mottonen M, Vartiainen J J, Bergholm V, Salomaa M M 2004 Phys. Rev. Lett. 93 130502
[30]	Pittman T B, Jacobs B C, Franson J D 2001 Phys. Rev. A 64 062311
[31]
[32]
[33]	Pittman T B, Fitch M J, Jacobs B C, Franson J D 2003 Phys. Rev. A 68 032316
[34]	Lin Q, Li J 2009 Phys. Rev. A 79 022301
[35]
[36]
[37]	Lin Q, He B 2009 Phys. Rev. A 80 042310
[38]
[39]	Lin Q, He B, Bergou J A, Ren Y H 2009 Phys. Rev. A 80 042311
[40]
[41]	Ltkenhaus N, Calsamiglia J, Suominen K A 1999 Phys. Rev. A 59 3295
[42]
[43]	Calsamiglia J, Lkenhaus N 2001 Appl. Phys. B 72 67
[44]
[45]	Ahnert S E, Payne M C 2005 Phys. Rev. A 71 012330
[46]
[47]	Ahnert S E, Payne M C 2006 Phys. Rev. A 73 022333
[48]
[49]	Lin Q, Li J, Guo G C 2006 J. Phys. B 39 3649
[50]
[51]	Lin Q 2009 Commun. Theor. Phys. 51 244
[52]	Lin Q 2010 Chin. Phys. Lett. 27 120302
[53]
[54]
[55]	O Brien J L, Pryde G J, White A G, Ranph T C, Branning D 2003 Nature 426 264
[56]	Zhao Z, Zhang A N, Chen Y A, Zhang H, Du J F, Yang T, Pan J W 2005 Phys. Rev. Lett. 94 030501
[57]
[58]
[59]	Okamoto R, Hofmann H F, Takeuchi S, Sasaki K 2005 Phys. Rev. Lett. 95 210506
[60]	Bao X H, Chen T Y, Zhang Q, Yang J, Zhang H, Yang T, Pan J W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 170502
[61]

施引文献

[1]	Wootters W K, Zurek W H 1982 Nature 299 802
[2]
[3]	Dieks D 1982 Phys. Lett. A 92 271
[4]
[5]	Nielsen M A, Chuang I L 2000 Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge: Cambridge University Press) pp24, 87,291
[6]
[7]	Kok P, Munro W J, Nemoto K, Ralph T C, Dowling J P, Milburn G J 2007 Rev. Mod. Phys. 79 135
[8]	Reck M, Zeilinger A, Bernstein H J, Bertani P 1994 Phys. Rev. Lett. 73 58
[9]
[10]	Lin Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 2976 (in Chinese) [林青 2010 物理学报 59 2976]
[11]
[12]	Yang Y G, Wen Q Y, Zhu F C 2006 Acta Phys. Sin. 55 3255(in Chinese) [杨宇光、温巧燕、朱甫臣 2006 物理学报 55 3255]
[13]
[14]
[15]	Lin Q 2009 Chin. Phys. Lett. 26 040301
[16]
[17]	Zheng Y Z, Gu Y J, Wu G C, Guo G C 2003 Chin. Phys. B 12 1070
[18]
[19]	Guo F Z, Gao F, Wen Q Y, Zhu F C 2006 Chin. Phys. B 15 1690
[20]	Zhan Y B 2007 Chin. Phys. B 16 2557
[21]
[22]	Chen L B, Lu H, Jin R B 2007 Chin. Phys. B 16 3204
[23]
[24]
[25]	Vidal G, Dawson C M 2004 Phys. Rev. A 69 R010301
[26]	Vatan F, Williams C 2004 Phys. Rev. A 69 032315
[27]
[28]
[29]	Mottonen M, Vartiainen J J, Bergholm V, Salomaa M M 2004 Phys. Rev. Lett. 93 130502
[30]	Pittman T B, Jacobs B C, Franson J D 2001 Phys. Rev. A 64 062311
[31]
[32]
[33]	Pittman T B, Fitch M J, Jacobs B C, Franson J D 2003 Phys. Rev. A 68 032316
[34]	Lin Q, Li J 2009 Phys. Rev. A 79 022301
[35]
[36]
[37]	Lin Q, He B 2009 Phys. Rev. A 80 042310
[38]
[39]	Lin Q, He B, Bergou J A, Ren Y H 2009 Phys. Rev. A 80 042311
[40]
[41]	Ltkenhaus N, Calsamiglia J, Suominen K A 1999 Phys. Rev. A 59 3295
[42]
[43]	Calsamiglia J, Lkenhaus N 2001 Appl. Phys. B 72 67
[44]
[45]	Ahnert S E, Payne M C 2005 Phys. Rev. A 71 012330
[46]
[47]	Ahnert S E, Payne M C 2006 Phys. Rev. A 73 022333
[48]
[49]	Lin Q, Li J, Guo G C 2006 J. Phys. B 39 3649
[50]
[51]	Lin Q 2009 Commun. Theor. Phys. 51 244
[52]	Lin Q 2010 Chin. Phys. Lett. 27 120302
[53]
[54]
[55]	O Brien J L, Pryde G J, White A G, Ranph T C, Branning D 2003 Nature 426 264
[56]	Zhao Z, Zhang A N, Chen Y A, Zhang H, Du J F, Yang T, Pan J W 2005 Phys. Rev. Lett. 94 030501
[57]
[58]
[59]	Okamoto R, Hofmann H F, Takeuchi S, Sasaki K 2005 Phys. Rev. Lett. 95 210506
[60]	Bao X H, Chen T Y, Zhang Q, Yang J, Zhang H, Yang T, Pan J W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 170502
[61]

[1]	孙思彤, 丁应星, 刘伍明. 基于线性与非线性干涉仪的量子精密测量研究进展. 物理学报, 2022, 71(13): 130701. doi: 10.7498/aps.71.20220425
[2]	王帅, 眭永兴, 孟祥国. 光子增加双模压缩真空态在马赫-曾德尔干涉仪相位测量中的应用. 物理学报, 2020, 69(12): 124202. doi: 10.7498/aps.69.20200179
[3]	付栋之, 贾俊亮, 周英男, 陈东旭, 高宏, 李福利, 张沛. 利用Sagnac干涉仪实现光子轨道角动量分束器. 物理学报, 2015, 64(13): 130704. doi: 10.7498/aps.64.130704
[4]	王培, 刘树堂. 空间交替Julia集的反馈控制与线性广义同步. 物理学报, 2014, 63(6): 060503. doi: 10.7498/aps.63.060503
[5]	李乾利, 温廷敦, 许丽萍, 王志斌. 单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响. 物理学报, 2013, 62(18): 184212. doi: 10.7498/aps.62.184212
[6]	王昌辉, 赵国华, 常胜江. 基于光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的太赫兹开关及强度调制器. 物理学报, 2012, 61(15): 157805. doi: 10.7498/aps.61.157805
[7]	常军, 张正慧, 王蕊瑞. 特殊光学元件的新型子孔径拼接检测方法研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034218. doi: 10.7498/aps.60.034218
[8]	余海军, 杜建明, 张秀兰. 一类特殊单模压缩态的Wigner函数. 物理学报, 2011, 60(9): 090305. doi: 10.7498/aps.60.090305
[9]	李园, 窦秀明, 常秀英, 倪海桥, 牛智川, 孙宝权. 基于InAs单量子点的单光子干涉. 物理学报, 2011, 60(3): 037809. doi: 10.7498/aps.60.037809
[10]	韩奎, 王子煜, 沈晓鹏, 吴琼华, 童星, 唐刚, 吴玉喜. 基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计. 物理学报, 2011, 60(4): 044212. doi: 10.7498/aps.60.044212
[11]	刘江涛, 肖文波, 黄接辉, 于天宝, 邓新华. 反常色散材料光子晶体中光输运的光学控制. 物理学报, 2010, 59(3): 1665-1670. doi: 10.7498/aps.59.1665
[12]	商娅娜, 王东, 闫智辉, 王文哲, 贾晓军, 彭堃墀. 利用非平衡光纤Mach-Zehnder干涉仪探测频率非简并纠缠态光场. 物理学报, 2008, 57(6): 3514-3518. doi: 10.7498/aps.57.3514
[13]	李达, 张新亮, 黄德修. 基于折叠式超快非线性干涉仪的全光码型转换理论和实验研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2223-2228. doi: 10.7498/aps.56.2223
[14]	柴路, 何铁英, 杨胜杰, 王清月, 张志刚. 光谱位相干涉仪参数的优化选取. 物理学报, 2004, 53(1): 114-118. doi: 10.7498/aps.53.114
[15]	吴　光, 周春源, 曾和平. 光纤Sagnac干涉仪中单光子干涉及路由控制. 物理学报, 2004, 53(3): 698-702. doi: 10.7498/aps.53.698
[16]	徐信业, 王育竹. 多普勒型原子干涉仪的理论探讨. 物理学报, 1997, 46(6): 1062-1072. doi: 10.7498/aps.46.1062
[17]	刘正东. 光学腔内光子数态的形成与条件. 物理学报, 1991, 40(2): 210-218. doi: 10.7498/aps.40.210
[18]	钟权德. 内含等离子体的Fabry-Perot干涉仪的光学开关和双稳现象. 物理学报, 1985, 34(2): 182-187. doi: 10.7498/aps.34.182
[19]	权夕祖. 扫描球面-平面干涉仪. 物理学报, 1975, 24(5): 375-380. doi: 10.7498/aps.24.375
[20]	胡建芳, 韦钦, 张志三. 锗红外干涉仪. 物理学报, 1964, 20(11): 1164-1171. doi: 10.7498/aps.20.1164

计量

文章访问数: 6279
PDF下载量: 665
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板