7、光学量子计算中的平衡零拍测量与玻色采样实验

光学量子计算中的平衡零拍测量与玻色采样实验

一、平衡零拍测量

平衡零拍测量是光学量子计算领域中一项重要的技术。通过对本振场的简单推导，可以得出一个关键结论：$\hat{n} {21}=\sqrt{2}|\alpha {LO}|\hat{q} {\theta}$ 。从这个公式可以看出，平衡零拍方法实际上测量的是信号光子相空间中的正交分量 $\hat{q} {\theta}$ 。

在实验中，参考相位 $\theta$ 由本振提供，通过改变光程长度就能够改变 $\theta$ ，进而获得信号光子 $\hat{q} {\theta}$ 的分布。例如，当信号光子处于真空态时，测量得到的 $\hat{q} {\theta}$ 分布应服从高斯分布。

为了更好地分析和处理数据，需要保留两个光电探测器输出信号之和 $I_1 + I_2$ 。此外，“平衡零拍探测器”和其他量子态测量仪器一样，具有信号放大功能。由于本振很强，大于光电探测器的电噪声，所以即使信号光子是单光子，也能观察到信号。

平衡零拍测量方法除了放大信号，还能选择信号光子的时间和空间模式。本振只会“挑选”连续信号量子光场中与之匹配的时间和空间模式，这样观察者就能从整个系统中分离出特定的量子模式。不过，对这一应用的深入分析需要更全面地考虑量子电动力学理论。

二、玻色采样实验

2.1 玻色采样概述

量子计算机有望解决经典计算机无法解决的计算问题，但在当前技术条件下，制备完全可扩展的量子计算机仍然是一项不可能完成的任务。近年来，科学家提出了一种新的光学量子计算方案——玻色采样。