无消相干子空间中基于NV色心的宇称门的实现及其应用

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众所周知,量子纠缠因自身较好的相干性、不确定性和空间非局域性而在量子通信和量子计算领域中扮演着越来越重要的角色。它为量子通信以及各种量子计算任务提供了重要的资源。量子纠缠通常被用来实现量子隐形传送、量子密钥分配和量子秘密共享等量子信息处理任务。量子信息和量子计算的优势来自于量子相干性,但是由于纠缠系统与系统自身所处的环境之间会不可避免地发生耦合,使量子相干性被破坏并降低了纠缠的保真度。通常有几种方法可以解决这种消相干,如:纠错编码、几何相位、耗散动力学、纠缠纯化和无消相干子空间。针对无消相干子空间的情况,当系统与环境有某些特定的对称时,用两个物理比特编码一个逻辑比特来避免集体退相位噪声的影响。  在规模化量子信息处理上,固态比特系统氮-空位中心耦合于低-Q微振器系统由于其在室温下也具有较好的光学可控性和电子自旋相干性,近年来逐渐成为非常有希望的固态量子信息处理的候选者。本论文的目的是基于金刚石氮-空位中心耦合于低-Q微振器系统的辅助相干光脉冲的输入-输出过程,提出了编码在无消相干子空间的逻辑比特宇称检测门。利用提出的宇称检测门来实现控制相位翻转门、纠缠态的制备和多粒子纠缠纯化。在提出的方案中,利用光子数探测器来有效地区分真空态|0>和非真空态|√2α>,比单光子探测或零差测量相更加可行。此外,在纠缠纯化方案中可以迭代以获得更高的成功概率。
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