编    号

            B.自然科学类

所属学科

Q

数  理

研究项目

名称

量子光场的非经典性对其量子远程传送的影响

研究

类别

基础研究

所属

学科

Q

数理

申请

金额

3．69万元

起 止

年 月

2004年 01   月 至2006      年 12   月

所属省级重点实验室名称

所属专职研究

机构名称

商洛学院量子与量子信息研究所

项目负责人

姓名

李英

性别

男

出生年月

1965年9月

学位

学士

最后学位

获得时间

1989年7月

是否硕导、博导

否

专   业

技术职务

讲师

定职时间

1997年12月

主    要

研究方向

量子光学与量子信息

联系

电话

0914-2387913

所在

系所

商洛学院量子光学与量子信息研究所  物理系

总人数

高级

中级

初级

博士后

博士生

硕士生

参  加

单位数

7

6

1

项目组主要成员

姓  名

年龄

专业技术职务

学位

所在单位

在项目中

的分工

本人签字

刘宝盈

副教授

学士

商洛学院量子光学与量子信息研究所  物理系

子课题与实验

杨志勇

40

副教授

博士（后）

西北大学

子课题与实验

陈永庄

教授

学士

商洛学院量子光学与量子信息研究所  物理系

子课题

许定国

副教授

学士

西安电子科技大学

子课题

张继良

教授

学士

商洛学院量子光学与量子信息研究所 

子课题

高荣发

副教授

学士

商洛学院量子光学与量子信息研究所 

子课题

所属学科

Q

数理

编号

1、  基础研究，着重结合本学科国内外发展趋势，论述项目的科学意义；

2、  应用研究，着重结合本学科国内外发展趋势和陕西省产业开发重点、技术优先发展领域，论述项目的应用前景；

3、  本项目的预研情况。

附：主要参考文献目录及出处*

量子态的远程传送的基本思想自90年代美国科学家C.H. Bennett先生等人提出以后引起了其他一些科学家的极大兴趣，理论上分别从不同的角度进行研究，用不同的实验予以验证^{[1-10 ]}。由于看到量子态的远程传送在未来的量子通讯，量子计算机的研制、军事、经济等领域的应用前景，各国在这个研究方向上投入了大量的资金和人力。我国去年的973项目立项中以山西大学光电研究所连续变量量子态的远程传送和中国科技大学的分离变量量子态的远程传送为龙头，在量子态的远程传送这个研究方向上也投入了相当的资金进行理论和实验研究，以占领世界科技发展的制高点。

从量子态的远程传送发展来看，虽然实验上相继报道了宣称成功的实验结果^{[ 3,5.17,18 ]}，但是在理论上仍然有量子态在传送过程中保真度只要达到1/2已经就是量子的远程传送，还是要求保真度达一定要达到2/3才算是量子的远程传送的争论^[19]，目前量子态的远程传送实验还没有保真度达到2/3的实验结果报道，并且一般实验都集中在相干态的量子光场的远程传送上面。

在量子态的远程传送研究中，影响量子态的远程传送保真度的因素除了受EPR源的纠缠度、探测器的探测效率、损耗等的影响以外还与量子态本身的性质有关^[20-25]。量子态的非经典性这个概念是本世纪由M.Hillery等人从理论上提出^{[ 27-30]}，是为了反映了不同量子态相区别的性质，从另一个角度它也反映了量子光学中非经典态和经典态相比较时的量子特性，也反映量子态固有的性质。这个方面的工作一直有人在探索^[26-30]。

我们设想将量子态的非经典特性的概念应用到量子态的远程传送过程中，讨论量子态的远程传送过程中的保真度与量子态的非经典特性的关系，找到最合适用于量子远程传送的非经典态，并在实验上实现非经典态的远程传送。这项工作不仅是该研究方向世界范围内的空白，由于非经典态比经典态更具有奇妙的量子特性，它势必将量子计算、量子信息控制、量子通讯、量子信息处理等方面潜在着不可估量的应用价值，可以检验尚存争议的量子理论问题。

（续前页）

参考文献目录：

[1] C.H. Bennett，G.Brassard,C.Crepeau,R.Jozsa,A.Peres,and W.K,Wootters, Phys. Rew. Lett. 70, 1895(1993)

[2]L.Vaidman,Phys. Rew. A 49,1473(1994)

[3]S.L. Braunstein and H.J. Kimble, Phys. Rew. Lett. 80, 869(1998)

[4]T.C. Ralph and P.K. Lam, Phys. Rew. Lett. 81, 5668(1998)

[5]A.Furusawa, J.L.Sorensen, S.L.Braunstein, C.A.Fuchs, H.J.Kimble,and E.J.Polzik, Science 282, 706(1998)

[6]C.J.Villas-Boas, N.G. Almeida, and M.H.Y.Moussa,  ph/9904028 v3 12 Apr(1990)

[7]Jinhyoung Lee,M.s.Kin, and Hyunseok Jeong.  Phys. Rev. A. 62,032305 (2000)

[8]Van Loock P and S.L.Braunstein Phys. Rev. A.62,042311(2000)

[9]H.F.Hofmann, T.Ide, T.Kobayashi, and A. Furawa, Phys. Rev. lett..84,3482(2000)

[10] S.F. Pereira, Z .Y. Ou and H.J. Kimble, Phys. Rev. A.62,042311(2000)

Lett. 80, 869(1998)

[14]Junxiang Zhang, Changde Xie, Fuli.Li, Shiyao Zhu, and M.Suhail Zubairy. Europhys. Lett, 56(4),478~484(2001)

[17]D. Bouwmeester,J.-W.Pan, K. Mattle, M.Eibl,H.Weinfurter,and A. Zeilinger,Nature (London)390,575(1997)

[18] D.Boschi, S.Branca,F.D. Marini,et.al Phys. Rev. Lett. ,80:1121(1998)

[19]Sabuel L. Braunstein,Christopher A, Fuchs, H. J. Kimble, and P. van Loock, quant-ph/0012001 v3 12ec 2000.

    [20]P.Busch. G. Cassinelli, E.De Vito, P. Lahti, A. Levrero. Phys. Lett. A, 284(2001)141-145.

[21]Jinhyoung Lee. M.S. Kim, and Hyunseok Jeong. Phys. Rev. A, 63(3)(2000)032505.

[22]M.s. Kim and Jinhyoung Lee. quant-ph/000522 v2 20Dec 2000.

[23]Philippe Grangier and Frédéric Grosshans. quant-ph/0010107 v2 1Nov 2000.

[24]P.T. Cochrane G. J. Milburn,and W. J, Munro. Phys. Rev. A, 62(6)(2000)062307.

[25]Toshiki Ide,Holger F. hofman, Takayoshi, and Akira Furusawa. Phys. Rev. A, 65(1`)(2000) 0123013.

[26]C.T. lee, Phys. Rev. A, 1991,44(5):2775~32778

[27]Samuel L.Braunstein and Carlton M. Caves. Phys. Rev. Lett. , 1994,72(22):3439~3443

[28]Howard Barnum, Carlton M. Caves,Christopher A. Fuchs,et.al. Phys. Rev. Lett. , 1996,76(15):2818~2821.

[29]Paulina Marian, Tudor A. Marian, Horia Scutaru. Phys. Rev. Lett. , 2000,88(15)153601

[30] Ludwig Knöll, Arkadiusz Orlowski,  Phis. Rev. A,1995,51:1622~1630

1、  主要研究内容及技术指标；

2、  研究方法、技术路线；

3、  技术关键及拟解决的途径；

4、  创新之处。

1、主要研究内容及技术指标

本项目主要通过研究量子态的非经典性与保真度之间的一般关系，找到最合适用于量子远程传送的非经典态，在实验上实现非经典态的量子远程传送。主要内容有：

（1）量子态的非经典性与保真度之间的一般关系，从理论概念上使得量子态的非经典性和保真度直接联系在一起；

（2） 讨论不同的量子态的非经典性对其在量子远程传送过程中的保真度的影响，找到最合适作量子远程传送的非经典态，为进一步实验提供理论依据。

（3） 实验上实现非经典态量子光场的量子远程传送实验。

2． 研究方法、技术路线

本项目理论分析与实验研究相结合，走国家科技技术资源共享的路子，依托山西大学量子光学与量子器件国家重点实验室，或中国科技大学等在量子光学与量子信息方面已经具有国际先进实验条件的单位完成实验工作。

技术路线：

（1）应用M.Hillery、C.T. lee、Ludwig Knöll等人提出的量子态的非经典性、量子态的非经典性的量度、量子态之间的距离等表征量子态的非经典性的概念，找到量子态的非经典性与保真度的一般关系；

（2）应用（1）中方法分析量子光场的非经典性对其在量子远程传送过程中的保真度的影响，找到最适合分析与量子远程传送的量子态；

（3）应用光学参量下转换、微腔QED等方法实现非经典量子光场的制备；

（4）用双模压缩真空态作量子远程传送的EPR源。

（5）应用连续变量（或分离变量）的方法实现非经典量子态的量子远程传送；

3．技术关键及解决途径

（1）从理论上得到量子态的非经典性与保真度的一般关系。我们采用独立完成和与数学专家合作的方式由数学理论出发推倒出量子态的非经典性与保真度的一般形式。

（2）非经典态的量子光场的制备。运用技术上比较成熟的光学参量下转换的方法实现各种压缩态光场的制备；利用国内正在进行的微腔QED实验及其装置实现其他非经典量子态的制备。

（3）EPR源的纠缠度。尽最大能力提高双模压缩真空态的压缩度来提高EPR源的纠缠度。

（4）实验过程中各项参量的探测效率。使用国内国家实验室已经配备的国际上先进的探测仪器和设备进行光场探测，从实验理论上改进探测方法来提高整个实验过程中各项参量的探测效率。

4．创新之处

本项目创新之处大的方面有以下几点：

(1) 分析量子态的非经典性与保真度的一般关系；

(2) 研究量子光场的非经典性对其在量子远程传送过程中的影响；

(3) 利用微腔QED装置实现非经典量子态的制备实验。

(4) 非经典态量子光场的量子远程传送实验；

量子通信中，量子态具有较大的信息存储能力，用量子态作为信息的载体，通过传送量子态达到量子信息的大容量，宽频道将会对量子信息处理、量子计算机的研制等领域的发展起到巨大的推动作用。非经典量子态已经被证明具有一些奇妙的量子特性，实现传送这类量子态将推动量子保密通讯、量子信息控制等方面学科和技术的发展速度和进程，使用量子力学来描述微观领域更加完善。

支  出  科  目

金  额

（万元）

计  算  根  据  及  理  由

合       计

3．69

2.能源材料费

3.实验外协费

1.50

支付在本所以外的实验室

4.资料印刷费

0.24

支付科技文章复印、下载费用，每年0.12万元

5.租赁费

6.差旅、会议费

0.50

用于国内调研、参加相关学术会议

7.鉴定验收费

0.50

邀请国内专家作指导，及结题验收

8.管理费

0.15

9.其它费用

0.80