基于交叉克尔非线性的量子信息处理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11305016
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2502.量子物理与量子信息
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

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 media, some schemes of quantum information processing will be designed, for instance, quantum logical gates, quantum state preparation and analysis, and quantum key distribution. Furthermore, we will also think about the quantum measurement, which is a fundamental problem of quantum mechanics, and consider to study and design the photon-number nondemolition measurement method for the systems involved in this project, and apply it to construct quantum logical gates and the schemes of quantum information processing mentioned above. This project will play an important role on the developments of theoretical research on the field of quantum information and accelerate the pace of the practical applications of quantum information processing, and cultivate a high-level research team with rational construction.
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。

结项摘要

本项目以极化比特控制相位门、宇称分析门、分布纠缠门、局域纠缠门等量子逻辑门为基础,提出了基于弱交叉克尔非线性的多光子极化比特量子傅里叶变换、三光子极化比特Fredkin门、多光子极化簇态的制备、四光子极化退相干自由态的制备、多光子极化态的容错传输以及量子安全直接通信等量子信息处理方案。借助有效的交叉克尔非线性效应以及适宜的光子线路,实现光子之间的路径、极化等自由度的纠缠及之间的转换。应用适宜的测量方案以及前馈操作等克服环境噪声和不完美元件的影响,提高实现的成功概率与效率。这些方案具有效率高、线路简单、成功率高、抵抗退相干等优点。.应用极化比特 CP π/2 门和阿达马门,我们提出了一个两光子极化比特量子傅里叶变换方案。以此为基础进行了推广,应用级联极化比特 CP π/2^i (i = 1, 2, … , n-1) 门和阿达马门的组合,我们提出了多光子极化比特量子傅里叶变换方案。应用基于交叉克尔非线性构造的路径纠缠门、交换门、合并门,我们提出了一个三光子极化比特Fredkin门方案。.基于极化比特控制相位反转门、分布纠缠门以及简化纠缠门等基本逻辑门,我们提出了多光子极化簇态的制备、链接、解链等方案。应用一个空间纠缠进程、两个极化纠缠进程、一个检测进程,我们提出了四光子极化退相干自由态的构造方案,它可以用来构造最小的光学退相干自由子空间。.基于极化纠缠模式和空间纠缠模式之间的转换,我们提出了一个多光子极化态的传送方案,容错线路的应用使得多光子态可从某一地方无损地传送到另一个地方。应用光子极化贝尔态作为量子信息载体,容错分发贝尔光子对,两方共享贝尔光子对,我们提出了量子直接安全通信方案;应用无损测量检测光子,节省物理资源,方案效率得到大幅提升。.上述研究证明了基于交叉克尔非线性构造通用量子逻辑门、制备光子纠缠态、实现量子安全通信等量子信息处理方案的可行性。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
级联原子诱导的腔光力系统的稳态纠缠特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    渤海大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖瑞杰;刘野;李丹;修晓明
  • 通讯作者:
    修晓明
Deterministic transmission of an arbitrary single-photon polarization state through bit-flip error channel
通过位翻转误差通道确定性传输任意单光子偏振态
  • DOI:
    10.1007/s11128-014-0736-8
  • 发表时间:
    2014-06
  • 期刊:
    Quantum Information Processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Li Dan;Xiu Xiao-Ming;Gao Ya-Jun;Yi X. X.
  • 通讯作者:
    Yi X. X.
Teleportation of a general two-photon state employing a polarization-entangled chi state with nondemolition parity analyses
采用偏振纠缠 chi 态和非破坏宇称分析的一般双光子态的隐形传态
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Quantum Information Processing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Li, Qing-Yang;Dong, Hai-Kuan;Xiu, Xiao-Ming;Gao, Ya-Jun
  • 通讯作者:
    Gao, Ya-Jun
A Continuous Variable Quantum Key Distribution Protocol Based on Entanglement Swapping of Quasi-Bell Entangled Coherent States
基于准贝尔纠缠相干态纠缠交换的连续可变量子密钥分发协议
  • DOI:
    10.1007/s10773-014-2115-8
  • 发表时间:
    2014-05
  • 期刊:
    International Journal of Theoretical Physics
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Xiu, Xiao-Ming;Li, Dan;Gao, Ya-Jun;Yi, X. X.
  • 通讯作者:
    Yi, X. X.
Generation of three-photon polarization-entangled decoherence-free states
三光子偏振纠缠无退相干态的生成
  • DOI:
    10.1016/j.aop.2016.04.022
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    ANNALS OF PHYSICS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Dong, Li;Lin, Yan-Fang;Gao, Ya-Jun
  • 通讯作者:
    Gao, Ya-Jun

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其他文献

其他文献

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修晓明的其他基金

基于退相干自由子空间的光学量子线路及其应用
  • 批准号:
    11674037
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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