山西大學(xué)在遠(yuǎn)程制備和操控光學(xué)貓態(tài)方面取得重要進(jìn)展

近期，山西大學(xué)光電研究所蘇曉龍教授研究組和北京大學(xué)物理學(xué)院何瓊毅教授研究組合作，基于高斯糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)貓態(tài)的遠(yuǎn)程制備和操控。該成果以“Remote Preparation of Optical Cat States Based on Gaussian Entanglement”為題在線發(fā)表于Laser & Photonics Reviews 2300103 (2023)。 0.nkh6?  
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遠(yuǎn)程態(tài)制備是量子通信的一種重要方式。和量子態(tài)的直接傳輸相比，遠(yuǎn)程態(tài)制備具有更高的安全性、能夠?qū)崿F(xiàn)量子態(tài)的遠(yuǎn)程操控等優(yōu)點(diǎn)；和量子隱形傳輸相比，它具有消耗更少的經(jīng)典信息、不需要貝爾態(tài)測量、能夠遠(yuǎn)程操控量子態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)貓態(tài)作為一種重要的量子資源，在探索經(jīng)典與量子的邊界、量子計(jì)算和量子精密測量等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。高斯糾纏態(tài)具有確定性產(chǎn)生、可拓展性強(qiáng)等優(yōu)勢，是連續(xù)變量量子信息處理的重要量子資源。開展基于高斯糾纏態(tài)遠(yuǎn)程制備和操控光學(xué)貓態(tài)的研究對于推動量子通信的發(fā)展具有重要意義。 $^czqA-&  
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如圖1所示，通過將雙模壓縮態(tài)的兩個(gè)模式分別經(jīng)過損耗信道分發(fā)給Alice和Bob。Alice對其擁有的模式進(jìn)行減光子操作和平衡零拍投影測量操作，在Bob端遠(yuǎn)程制備了光學(xué)貓態(tài)。當(dāng)Alice平衡零拍投影測量為p=0時(shí)，在Bob端制備正交振幅疊加方向的奇貓態(tài)，當(dāng)Alice平衡零拍投影測量為x=0時(shí)，在Bob端制備正交位相疊加方向的奇貓態(tài)。因此，通過選擇平衡零拍投影測量的角度，能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)貓態(tài)疊加方向的遠(yuǎn)程操控。該方法結(jié)合了連續(xù)變量量子資源和離散變量光子探測技術(shù)，是一種典型的混合量子信息處理技術(shù)。 L>E{~yh  
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在不同Bob端傳輸效率時(shí)，實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程制備了不同尺度的光學(xué)貓態(tài)�？梢钥闯鲐垜B(tài)Wigner函數(shù)的負(fù)值隨著傳輸效率的降低而減小，當(dāng)傳輸效率很低時(shí)貓態(tài)的保真度將低于0.5。而當(dāng)Alice端的模式被遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，Bob端制備的貓態(tài)的保真度始終大于0.5，即Bob端遠(yuǎn)程制備的貓態(tài)對Alice端損耗的魯棒性更高。此外，通過在Alice端減去更多的光子并對剩余模式進(jìn)行平衡零拍投影測量，理論上證明了該方法可以遠(yuǎn)程制備高保真度的尺度大于2的光學(xué)貓態(tài)。該工作展示了一種遠(yuǎn)程制備和操控光學(xué)貓態(tài)的新方法，為基于光學(xué)貓態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子信息處理奠定了基礎(chǔ)。 vUO[V$rx  
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論文的第一作者為山西大學(xué)光電研究所韓冬梅博士和北京大學(xué)物理學(xué)院孫風(fēng)瀟博士，山西大學(xué)光電研究所蘇曉龍教授和北京大學(xué)物理學(xué)院何瓊毅教授為論文的共同通訊作者。 /0|1xHs  
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該項(xiàng)目獲得了國家自然科學(xué)基金、山西省“1311”工程重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)基金、北京市自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金的支持。