量子關聯與玻姆軌跡的實驗研究.pdf

1、量子關聯是量子世界區(qū)別于經典世界的一個非常重要的特征。其中，量子導引和量子互文性就是兩個典型的例子。量子導引是指位于類空間隔中的一方可以通過局域測量瞬間影響另一方的量子態(tài)。不同于Bell非局域性和量子糾纏，量子導引具有獨特的非對稱性。量子互文性是指在一個大于兩維的量子系統中，某一力學量的測量結果與測量的互文（環(huán)境）有關。即使單粒子系統也可表現出量子互文性，而且一些量子互文性的驗證過程可以與具體制備的初態(tài)形式無關。它們作為一種量子資源，在

2、各種量子信息任務中具有重要的作用，越來越受到人們的關注，目前已引起了對它們的廣泛研究。量子導引和量子互文都屬于量子力學的基礎問題，對它們進行研究不僅具有重要的理論價值:可以進一步完善量子理論、加深人們對量子現象本質的理解;而且還具有重要的應用價值:可以幫助我們更好的利用這些量子資源進行量子信息任務的處理。
　　量子力學自建立以來雖然在各方面都取得了很大的成功，但由于量子理論描述的物理世界是概率性的、不確定的，這與人們的直覺和習以為

3、常的感受截然不同。相反，玻姆等人發(fā)展起來的“導引波”隱變量理論，既滿足量子力學的精確預見性，又可以直觀解釋某些物理現象。他們認為在一個系統中波和粒子同時存在，粒子沿著一條由波函數控制的確定軌跡演化。將玻姆軌跡的概念用于量子信息研究，有助于我們深入理解玻姆力學，探究和應用量子奧秘。
　　本人研究生期間主要進行了關于單向量子導引、量子互文性和玻姆軌跡等量子信息基礎問題的實驗研究，具體為:
　　1.實現了多個測量方向下的單向量子導

4、引
　　量子導引是介于量子糾纏與Bell非局域性之間的一種非局域關聯。不同于量子糾纏與Bell非局域性，量子導引具有單向性，這在單向量子保密通訊方面有重要應用。我們創(chuàng)新性地提出了利用導引半徑這個充要判據來定義量子導引能力，并把它推廣到多次測量的情況。在最簡單的兩量子比特系統中，首次在實驗中實現了單向量子導引嚴格的實驗驗證。
　　2.進行了量子互文性的實驗研究
　　量子互文性是容錯量子計算的重要資源，對它的實驗刻畫是量子

5、信息領域的重要課題。一些量子互文性的驗證過程可以與具體制備的初態(tài)形式無關，這提供了一個獨特的視角來展現量子世界的特殊性質。我們利用碳化硅缺陷制備的確定性單光子源，制備出單體三維量子態(tài)。通過控制實驗參數，首次實現了嚴格滿足無信號傳遞條件下的最優(yōu)態(tài)無關的量子互文性實驗驗證。另一方面，利用圖論可以方便地來研究量子互文性質。柏拉圖多面體具有很好的對稱性，利用它來研究量子互文性，可以得到更大的經典違背。在這里我們進一步利用正二十面體進行了四維量子

6、互文性的實驗驗證。這兩個實驗表明不同的圖具有不同的驗證量子互文性的能力，我們的工作實現了量子理論與圖論之間關系的原理性驗證，為用互斥圖進行量子互文性研究開辟了一條路徑。
　　3.實現了光子玻姆軌跡的非局域導引
　　玻姆等人發(fā)展起來的量子理論創(chuàng)新性地提出微觀粒子軌跡的概念，讓我們能以類似牛頓力學對粒子的描述的圖像理解微觀粒子的運動。同時，弱測量技術為我們提供了一套重構光子軌跡的方法?；诓Ｄ防碚?，利用弱測量技術，我們發(fā)展出了糾

7、纏光子玻姆軌跡的重構方法，實現了光子玻姆軌跡的非局域導引，這為深入理解玻姆力學和量子導引提供了一種直觀的物理圖像。
　　4.實驗觀測到了楊氏雙縫實驗中路徑探測引起的光子動量變化
　　楊氏雙縫實驗是一個典型的波粒二象性的實驗。在實驗中我們對光子進行路徑探測，不可避免地會破壞干涉條紋的可見度。在這里，我們提出利用玻姆動量概率分布來描述楊氏雙縫實驗中路徑探測引起的光子動量變化的方法，首次展現了動量變化過程中的非經典性以及光子動量改