51、量子信息处理中的原子 - 光相互作用与腔量子电动力学

量子信息处理中的原子 - 光相互作用与腔量子电动力学

1. 原子 - 光量子隐形传态与纠缠交换

量子隐形传态是通过量子和经典通道在两个遥远位置之间实现量子态非实体传输的过程。最初为有限维系统提出，后扩展到连续变量领域。在连续变量情形下，纠缠由双模压缩真空态提供，近似于最大纠缠的 EPR 态。

连续变量贝尔测量涉及同时测量两个对易的正交算符 (x_+ = x_1 + x_2) 和 (p_- = p_1 - p_2)。对于两个光模式，可通过在平衡分束器上混合这两个模式，并分别测量第一和第二输出的 (x) 和 (p) 正交分量来完成。不过，分束器并非唯一选择，也可用 QND 型耦合 (U = \exp(-i\kappa x_A p_L)) 替代，其中耦合常数 (\kappa = 1)。

1.1 原子态到光的隐形传态

• 准备两个处于双模压缩真空态的光束 (L) 和 (M)，其正交分量 (x_+ = x_L + x_M) 和 (p_- = p_L - p_M) 的涨落减小，即 (\langle(\Delta x_+)^2\rangle = \langle(\Delta p_-)^2\rangle = e^{-2r})。
• 将水平偏振模式 (L) 与强垂直偏振相干光束组合，通过原子系综 (A)，测量输出正交分量 (x_{out}^L = x_{in}^L + x_{in}^A)。
• 用辅助光束 (K) 探测原子的 (p) 正交分量，测量 (x_{out}^K = x_{in}^K + \kappa(p_{in}^A - p_{in}^L))。
• 将测量结果传送给拥有光束 (M) 的接收者，接