Luận án tiến sĩ về rối lai và ứng dụng trong viễn chuyển trạng thái lượng tử và viễn tác toán tử

• Tác giả: Cao Thị Bích
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Bá Ân
• Trường học: Học viện khoa học và công nghệ
• Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
• Đề tài: Rối Lai, Rối Tăng Cường Và Áp Dụng Cho Viễn Chuyển, Viễn Tạo Trạng Thái Lượng Tử Và Viễn Tác Toán Tử Có Kiểm Soát
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.1. Các thiết bị quang học cần thiết trong xử lý thông tin lượng tử
• 1.1.1. Bộ tách chùm
• 1.1.2. Bộ dịch pha
• 1.1.3. Toán tử dịch chuyển
• 1.1.4. Các thiết bị quang học khác
• 1.2. Tương tác giữa các photon thông qua phi tuyến Kerr chéo
• 1.3. Phép đo Homodyne trong quang lượng tử
• 1.4. Phép đo pha thích ứng trong quang lượng tử
• 1.4.1. Tạo trạng thái chồng chập sử dụng phép đo pha thích ứng
• 1.4.2. Thiết kế cổng lượng tử sử dụng phép đo pha thích ứng
• 2. CHƯƠNG 2: RỐI LAI VÀ ÁP DỤNG CHO VIỄN CHUYỂN LƯỢNG TỬ CÓ KIỂM SOÁT
• 2.1. Tạo rối lai giữa trạng thái kết hợp phân cực và trạng thái phân cực
• 2.1.1. Ảnh hưởng của nhiễu đối với các trạng thái đầu vào
• 2.1.2. Trạng thái đầu vào thực tế
• 2.1.3. Sự không hoàn hảo của bộ tách chùm cân bằng
• 2.1.4. Sự không hoàn hảo của máy đo photon
• 2.2. Tạo rối lai bốn mode giữa trạng thái kết hợp và trạng thái qubit đơn tuyến
• 2.3. Viễn chuyển lượng tử có kiểm soát từ trạng thái biến gián đoạn sang trạng thái biến liên tục và ngược lại thông qua trạng thái rối lai dưới ảnh hưởng của môi trường
• 2.4. Kết luận của chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: RỐI TĂNG CƯỜNG VÀ ÁP DỤNG CHO VIỄN TẠO HAI CHIỀU TRẠNG THÁI LƯỢNG TỬ VÀ VIỄN TÁC TOÁN TỬ CÓ KIỂM SOÁT
• 3.1. Viễn tạo hai chiều có kiểm soát các trạng thái tăng cường sử dụng trạng thái rối tăng cường
• 3.1.1. Tạo kênh rối lượng tử tăng cường
• 3.1.2. Viễn tạo hai chiều trạng thái tăng cường có kiểm soát
• 3.2. Viễn tác toán tử có kiểm soát
• 3.2.1. Viễn tác toán tử có kiểm soát trên photon ở bậc tự do không gian
• 3.2.2. Viễn tác toán tử có kiểm soát trên photon ở bậc tự do phân cực
• 3.2.3. Viễn tác toán tử giới hạn có kiểm soát trên photon ở cả hai bậc tự do không gian và phân cực
• 3.3. Kết luận của chương 3
• KẾT LUẬN CHUNG
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• PHỤ LỤC A: TRẠNG THÁI ĐẦU VÀO THỰC TẾ
• PHỤ LỤC B: SỰ KHÔNG HOÀN HẢO CỦA BỘ TÁCH CHÙM CÂN BẰNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Một số khái niệm cơ bản

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản liên quan đến rối lượng tử và ứng dụng của nó trong viễn chuyển trạng thái lượng tử. Đầu tiên, các thiết bị quang học cần thiết như bộ tách chùm, bộ dịch pha và toán tử dịch chuyển được giới thiệu. Những thiết bị này là nền tảng cho việc thực hiện các thí nghiệm trong lĩnh vực quang lượng tử. Tiếp theo, chương này đi sâu vào tương tác giữa các photon thông qua phi tuyến Kerr chéo, một hiện tượng quan trọng trong việc tạo ra và điều khiển các trạng thái lượng tử. Cuối cùng, phần này đề cập đến phép đo Homodyne và phép đo pha thích ứng, hai phương pháp quan trọng giúp xác định các đặc tính của trạng thái lượng tử. Những kiến thức này không chỉ cung cấp cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu mà còn giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các thiết bị quang học trong việc xử lý thông tin lượng tử.

II. Rối lai và áp dụng cho viễn chuyển lượng tử có kiểm soát

Chương này tập trung vào việc tạo rối lai giữa các trạng thái kết hợp phân cực và trạng thái phân cực. Việc tạo ra rối lai là một bước quan trọng trong việc phát triển các công nghệ thông tin lượng tử, đặc biệt trong viễn chuyển lượng tử có kiểm soát. Chương này cũng thảo luận về ảnh hưởng của nhiễu đối với các trạng thái đầu vào, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Các nghiên cứu về sự không hoàn hảo của bộ tách chùm và máy đo photon cũng được trình bày, nhằm làm rõ những thách thức mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt trong việc thực hiện các thí nghiệm thực tế. Kết quả từ chương này không chỉ mở rộng hiểu biết về rối lượng tử mà còn có thể được ứng dụng trong các công nghệ như mã hóa lượng tử và truyền thông lượng tử an toàn.

III. Rối tăng cường và áp dụng cho viễn tạo hai chiều trạng thái lượng tử và viễn tác toán tử có kiểm soát

Chương này khám phá rối tăng cường và ứng dụng của nó trong viễn tạo hai chiều trạng thái lượng tử. Việc tạo kênh rối lượng tử tăng cường là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các hệ thống thông tin lượng tử có khả năng hoạt động hiệu quả hơn. Chương này cũng thảo luận về viễn tác toán tử có kiểm soát, một khái niệm quan trọng trong việc thực hiện các thao tác lượng tử trên photon. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các trạng thái rối tăng cường có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống thông tin lượng tử. Những phát hiện này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng trong thực tiễn, mở ra nhiều khả năng mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông lượng tử.

IV. Kết luận và những đóng góp mới của luận án

Phần kết luận tổng kết những đóng góp chính của luận án, nhấn mạnh các kết quả nghiên cứu mới và những ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực thông tin lượng tử. Luận án đã chỉ ra rằng rối lai và rối tăng cường có thể được sử dụng hiệu quả trong các hệ thống viễn chuyển và viễn tác toán tử, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới cho các ứng dụng trong mật mã lượng tử và truyền thông lượng tử an toàn. Những phát hiện này không chỉ làm phong phú thêm lý thuyết về rối lượng tử mà còn có thể thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ mới trong tương lai. Đặc biệt, luận án đã cung cấp những phương pháp thực nghiệm cụ thể để tạo ra và kiểm soát các trạng thái lượng tử, điều này có thể hỗ trợ cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.