量子纠缠纯化新进展-课件

量子纠缠纯化新进展Outline1、Motivation2、HistoryofEntanglementPurification3、4、SummaryEntanglementpurification一纠缠纯化背景量子通信的分支:1量子密钥分发(QKD)2量子密集编码(QDC)3量子安全直截了当通信(QSDC)4其他由于纠缠只能通过局域产生,然后通过信道发送粒子的方式来共享。如此,就纠缠粒子和环境的相互作用就不可幸免。本来处于最大纠缠态的粒子就会发生退相干,这种退相干通常有两种方式:(1)由纯的最大纠缠态变成混合态。(2)由最大纠缠态变成部分纠缠态。纠缠纯化纠缠浓缩基本物理模型:纠缠纯化方案的分类:1渐进式纠缠纯化2确定性纠缠纯化(1)Bennett等人的第一个基于CNOT门的纠缠纯化方案渐进式纠缠纯化(1):CharlesH、Bennett、(美国科学院院士、量子密码创始人)etalPRL76,722(1996)

双向CNOT作用的真值表Bennett等人的纯化方案的缺点:(1)基于CNOT门,实验上不行实现;(2)步骤复杂,每次纯化都要经过双边旋转恢复到Werner态;(3)纯化效率不高,资源浪费严重。改进的CNOT门纯化方案:Deutsch(量子计算创始人之一,量子图灵机概念提出者,著名Deutsch算法提出者)PRL772818(1996)渐进的纠缠纯化(2)JWPanetalNature4101067(2001)比特翻转错误用PBS替代了CNOT门三模事件(交叉项)去除交叉项之后:四个空间模式出射两个空间模式出射无法利用！效率减半！四个空间模式出射两个空间模式出射无法利用！效率减半！F2(1-F)2选择四个空间模式都有光子:X基矢下探测:和CNOT门纠缠纯化方案的比较:1PBS在这个地方也实现了CNOT的作用。2PBS方案在实验上实现简单。3PBS方案效率只有CNOT方案的一半。不足:(1)基于理想源,而现实中实现的是PDC源。(2)需要单光子探测器。(3)效率比较低。渐进的纠缠纯化(3)1利用cross-Kerrnonlinearity基于PDC源的纯化方案cross-Kerrnonlinearity基本原理:K、NemotoandW、JMunroPRL93250202(2004)经过QND后:cross-Kerrnonlinearity构造paritycheck原理(QND)Yu-BoSheng,Fu-GuoDeng,Hong-YuZhou,PRA77,

042308(2008)Cite:155没有发生比特翻转错误:

一对光子发生比特错误:

两边相移不同！替代了PBSPDC源产生两对光子没有出错:一对光子发生比特翻转错误:两对光子发生比特翻转错误:保真度:p1:PDC源产生一对光子概率p2:PDC源同时产生两对光子概率F0:初态保真度(1)能够用于目前实际的PDC源,也能够用于理想源(2)是目前唯一实验上能够循环调用的方案(3)不需要复杂的单光子探测技术(4)与PBS纯化方案相比,效率翻倍,是目前实验方案中效率最高的方案特点:Bit翻转错误:以三个粒子的GHZ态为例:选择偶宇称:推广到多粒子系统:Y、B、Sheng,F、G、Deng,H、Y、ZhouEur、PhysJ、D55,235–242(2009)相位翻转错误推广到N个粒子的情况:Paritycheck后选择相同的相位移动:确定的纠缠纯化(1)单对光子:两对光子:C、SimonandJian-WeiPanPRL

89257901(2002)PDC源发出单对光子:假如没有发生比特翻转错误:假如其中一个粒子发生比特翻转错误:同时从上下模式出射一个光子从上模式出射,而另一个从下模式出射依照空间模式不同,能够完全纠正比特翻转错误!相位错误无法纠正！超纠缠确定的纠缠纯化(2)超纠缠态:总的密度矩阵频率部分空间部分受噪声后的极化纠缠态Y、B、Sheng,F、G、DengPRA032307(2010)Cite130比特翻转错误纯化后:Hadamard操作后:能够通过频率上转换将频率抹平,得到标准形式的最大纠缠态特点:(1)以确定的方式得到了保真度为1的最大纠缠态,这是往常所有方案中没有的;(2)没有光子损耗,与传统纯化方式相比,节约大量资源;(3)在实验上面不需要单光子探测;(4)我们证明我们的纯化能够用非局域下的贝尔态分析。单对光子:两对光子:Yu-BoSheng,Fu-GuoDeng,Phys、Rev、A、82,044305(2010)Cite:86pP2<<P确定的纠缠纯化(3)单对光子:pOutputmodesBellstatesD2D7D5D4D2D4D5D7利用CNOT门循环纯化(Bennettetal,PRL1996)改进的CNOT门循环纯化(Deustchetal,PRL1996)利用线性光学元件PBS实现纯化(Panetal,Nature2001,Nature2003)利用cross-Kerr介质实现循环纯化(Shengetal,PRA2008)利用超纠缠实现两步确定纯化(Shengetal,PRA2010)利用线性光学元件PBS实现一步确定的纯化(Shengetal,PRA2010)当前实验条件下可实现！利用空间纠缠实现极化纠缠纯化(SimonandPan,PRL2002)纠缠纯化新进展(1)Cite19HybridEntanglementisusefulinQuantumrepeaters!Purification:Y、B、Sheng,L、Zhou,andG、L、Long,Phys、Rev、A88,022302(2013)比特翻转错误:能够增强相干态！相位翻转错误:转化成比特翻转错误！相干态损耗错误:通过数学变换,相干态损耗错误可等价于另一组基下的比特翻转错误！多光子多相干态的纯化纠缠纯化新进展(2)PRL111,020502(2013)Singleserver:Theclienthastohavesomeminimunquantumpower,suchastheabilityofemittingrandomlyrotatedsingle-qubitstates,ortheabilityofmeasuringstates、TwoServer:(theyshareBellstates,butcannotmunicatewitheachother)Theclientcanbepletelyclassical、CleanBellstatepairsisnecessary、Theyneedtheentanglementdistillation、BFKblindprotocol[1]Double-serverblindprotocol特点:1theyrequirenpairsofdegradedmixedstates、Afterrepeatingtheirprotocolformanyrounds,theycanfinallyobtainaboutpairsofmaximallyentangledstates、2Theyalsoexploitthecontrolled-notgatetopletethetask,whichisnotexperimentallyfeasibleincurrenttechnology、3Moreover,theyre