1、光学量子信息处理入门

光学量子信息处理入门

量子信息处理在计算能力、安全通信和高精度测量等方面相较于经典信息处理有根本性的提升。不过，目前还不清楚创建实用设备的最佳方法。下面将深入探讨光学量子信息处理的相关知识。

1. 量子光学与量子信息基础

经典理论中，光属于电磁现象，由麦克斯韦方程组描述。但在低强度或特定非线性光学材料存在的条件下，光的行为会发生变化，需要构建“光的量子理论”。

1.1 经典电磁场

经典电动力学研究的是在电荷和电流分布存在时，电场和磁场的行为。麦克斯韦证明了电场和磁场的运动方程（麦克斯韦方程组）允许存在电磁波。在真空中，这些波以速度(c = 299792458m/s)传播，麦克斯韦将特定频率范围内的这些波认定为光。
- 电场和磁场的定义 ：电场(E(r, t))和磁场(B(r, t))与标量势(\phi(r, t))和矢量势(A(r, t))相关：
[
\begin{align }
E(r, t) &= -\nabla\phi(r, t) - \frac{\partial A(r, t)}{\partial t}\
B(r, t) &= \nabla\times A(r, t)
\end{align }
]
- 拉格朗日密度 ：构建经典场论的优雅方式是通过拉格朗日密度。可将势作为经典场论的动态变量，拉格朗日密度(L)可写成势及其时间导数的函数：
[L = L(\phi, \dot{\phi}; A, \dot{A})]
势(\phi)和(A)的运动