基于交叉克尔非线性的量子信息处理

项目名称： 基于交叉克尔非线性的量子信息处理

项目编号： No.11305016

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 修晓明

作者单位： 渤海大学

项目金额： 22万元

中文摘要： 基于强、弱交叉克尔非线性（辅以探测相干态），拟研究光子之间的可规模化的概率的或确定的量子逻辑门以及相关的量子信息处理应用。借助有效的交叉克尔非线性效应以及适宜的光子线路和测量方法，实现光子之间的路径、偏振等自由度的纠缠及之间的转换，构造能在理想条件下和实际环境中高效率低成本地运行的量子信息处理方案。对信号光子、探测相干态、光子探测器等光学元件以及环境的开放系统进行研究，应用非平衡零拍差测量以及前馈技术等克服环境噪声和不完美元件的影响，提高实现的成功率与效率。依赖交叉克尔效应的相位调制所实现的光子纠缠，设计量子逻辑门、量子态制备分析以及量子密钥分配等量子信息处理方案。采用主动稳定干涉仪方法实时监测反馈，进而保证干涉的稳定性。研究适宜的光子数探测方案，应用于量子信息处理方案中。本项目将推动量子信息理论的发展和加快量子信息处理实际应用的步伐，同时造就出一支高水平的、结构合理的研究队伍。

中文关键词： 量子信息处理；量子逻辑门；非线性光学；交叉克尔非线性；量子态制备

英文摘要： Based on cross-Kerr nonlinearities, the project intends to study the construction of the photonic quantum logical gates and its applications for quantum information processing. Exploiting effective cross-Kerr nonlinear interaction between signal photons and the probe coherent state, which is established in Kerr media, and the appropriate photonic circuits and measurement methods, the entanglement of the paths, polarization or other degrees of freedom between the signal photons can be generated and converted to each other, and thus the quantum logical gates and quantum information processing tasks with high efficiency and low cost to run even in a real environment can be realized. The project will study time evolution of the real physical system of photons, coherent states and other optical elements such as photon detectors, and exploit homodyne measurement or photon quantum nondemolition measurement and feed forward techniques to overcome the disadvantageous influence resulted from environment noise and imperfect elements in the construction of the quantum logical gates and the tasks of quantum information processing, and then increase the correct probabilities and the efficiencies of the presented schemes. Depending on the entanglement between these degrees of freedom achieved by cross-phase modulation in Kerr

英文关键词： quantum information processing；quantum logic gate；nonlinear optics；cross-Kerr nonlinearities；preparation of quantum state