＊1 利用EPR實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制量子態(tài)的非經(jīng)典性

＊1利用EPR實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制量子態(tài)的非經(jīng)典性

提出了一個(gè)可行的遠(yuǎn)程控制量子態(tài)非經(jīng)典性的實(shí)驗(yàn)方案.在這個(gè)方案中，利用EPR的關(guān)聯(lián)特性和一個(gè)透射率為T的分束器.通過控制平衡零拍探測裝置前的分束器的透射率T，使得遠(yuǎn)程制備的輸出態(tài)的正交振幅起伏壓縮（反壓縮）到原來輸入態(tài)的T／（1－T），同時(shí)輸出態(tài)的正交位相起伏反壓縮（壓縮）到原來輸入態(tài)的 （1－T）／T.

量子糾纏；遠(yuǎn)程控制；非經(jīng)典性

光場的非經(jīng)典性尤其是光場的壓縮和糾纏特性是開展量子信息研究的重要資源，利用量子糾纏可以完成經(jīng)典計(jì)算與經(jīng)典通訊領(lǐng)域中不可能完成的任務(wù)，例如量子密鑰分配［1］、量子計(jì)算［2－3］、量子離物傳態(tài)［4－5］、量子克?。?］等量子信息傳輸?shù)确矫娴难芯?因此光場的非經(jīng)典性是量子信息科學(xué)中的一個(gè)重要的研究課題.

在本文中，我們提出了一個(gè)可行的遠(yuǎn)程控制量子態(tài)非經(jīng)典性的實(shí)驗(yàn)方案.在這個(gè)方案中，利用EPR的關(guān)聯(lián)特性和一個(gè)透射率為T的分束器.通過控制平衡零拍探測裝置前的分束器的透射率T，使得遠(yuǎn)程制備的輸出態(tài)的正交振幅起伏壓縮（反壓縮）到原來輸入態(tài)的T／（1－T），同時(shí)輸出態(tài)的正交位相起伏反壓縮（壓縮）到原來輸入態(tài)的 （1－T）／T.這個(gè)方案與量子離物傳態(tài)方案十分相似，區(qū)別在于，我們?cè)诜桨钢杏猛干渎蕿門的分束器將輸入態(tài)與EPR一臂耦合，從而遠(yuǎn)程控制了輸出態(tài)的非經(jīng)典特性.而在量子離物傳態(tài)方案中，因?yàn)槭褂玫氖?0∶50分束器耦合，所以是不能控制量子態(tài)的非經(jīng)典特性的.

具體方案如圖1，在遠(yuǎn)程控制量子態(tài)非經(jīng)典性中，Alice與Bob共享的EPR糾纏態(tài)構(gòu)成一個(gè)量子信道［7］.Alice把輸入態(tài)與糾纏態(tài)的一臂EPR1在透射率為T的分束器BS1上耦合后執(zhí)行平衡零拍探測［8－9］，并將測量結(jié)果通過經(jīng)典信道傳送給Bob.Bob通過振幅調(diào)制器與位相調(diào)制器將測量結(jié)果調(diào)制在EPR2上，調(diào)制增益分別為g1，g2［10］.這就相當(dāng)于在Bob處執(zhí)行了一個(gè)幺正變換.這時(shí)就遠(yuǎn)程控制產(chǎn)生出非經(jīng)典態(tài).

圖1 遠(yuǎn)程控制量子態(tài)非經(jīng)典性原理圖BS：50∶50分束器；BS1：透射率為T的分束器；BHD：平衡零拍探測器；AM：振幅調(diào)制器；PM：相位調(diào)制器Fig.1 Schematic of telecontrol the nonclassical features of a quantum state

具體理論如下，Alice與Bob共享的EPR糾纏態(tài)構(gòu)成一個(gè)量子信道［7］.通常Alice與Bob共享的糾纏態(tài)是由一個(gè)正交振幅壓縮態(tài)（設(shè)其壓縮參數(shù)為r）與一個(gè)正交位相壓縮態(tài)（設(shè)其壓縮參數(shù)為r）在50∶50分束器上耦合而來.在海森堡表象下可寫為［11］：

Alice把輸入態(tài)與糾纏態(tài)的一臂EPR1在透射率為T的分束器上耦合后執(zhí)行平衡零拍探測，輸出測量結(jié)果為

利用式（2）EPR的正交振幅差（正交位相和）起伏的關(guān)聯(lián)特性.我們得到輸出量子態(tài)正交振幅、正交位相的起伏噪聲為：

輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）起伏噪聲比隨透射率T的變化如圖3所示，圖3中，橫軸T表示分束器BS1的透射率，縱軸V（T）表示輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）起伏噪聲比.實(shí)線a表示輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅起伏噪聲比隨分束器BS1的透射率T的變化曲線.虛線b表示輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交位相起伏噪聲比隨分束器BS1的透射率T的變化曲線.從圖3中我們可以看出，相比輸入態(tài)，輸出態(tài)的正交振幅起伏噪聲壓縮（反壓縮）到原來的T／（1－T），同時(shí)量子態(tài)的正交位相起伏噪聲反壓縮（壓縮）到原來的（1－T）／T.當(dāng)分束器BS1的透射率T＝1／2時(shí)，輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）起伏噪聲比為1，即輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）起伏噪聲相同，這就是通常的量子離物傳態(tài)過程.

圖2 輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）均值比隨透射率T的變化曲線圖Fig.2 Mean value ratio for the amplitude（phase）of output and input state with the transmissivity T

圖3 輸出態(tài)與輸入態(tài)的正交振幅（正交位相）起伏噪聲比隨透射率T的變化曲線圖Fig.3 Variances ratio for the amplitude（phase）of output and input state with the transmicssivity T

在本文中，我們提出了一個(gè)可行的遠(yuǎn)程控制量子態(tài)非經(jīng)典性的實(shí)驗(yàn)方案.在實(shí)驗(yàn)方案中，利用EPR的關(guān)聯(lián)特性和一個(gè)透射率為T的分束器.通過控制平衡零拍探測裝置前的分束器的透射率T，可以通過EPR關(guān)聯(lián)把遠(yuǎn)程恢復(fù)出的量子態(tài)的正交振幅起伏壓縮（反壓縮）到原來的T／（1－T），同時(shí)量子態(tài)的正交位相起伏反壓縮（壓縮）到原來的（1－T）／T.這個(gè)方案與量子離物傳態(tài)方案十分相似，區(qū)別在于，通過改變透射率為T的分束器，遠(yuǎn)程控制了輸出量子態(tài)的非經(jīng)典特性.當(dāng)透射率T＝1／2時(shí)，這就是一個(gè)典型的量子離物傳態(tài)方案.這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的提出，豐富了量子非經(jīng)典性的產(chǎn)生方法［12－13］，加深了對(duì)量子離物傳態(tài)理論［14］的認(rèn)識(shí).

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［14］ Walls D F，Milburn G J.Quantum Optics［M］.Berlin：Springer Verlag，1994.

張海龍1，2，梁文德1，劉奎1，翟澤輝1，張俊香1，郜江瑞1?

（1.量子光學(xué)與光量子器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西大學(xué) 光電研究所，山西 太原030006；2.解放軍信息工程大學(xué) 電子技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州450004）

Telecontrol the Nonclassical Features of a Quantum State by EPR

ZHANG Hai－long1，2，LIANG Wen－de1，LIU Kui1，ZHAI Ze－h(huán)ui1，ZHANG Jun－xiang1，GAO Jiang－rui1
（1.StateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOptics Devices，InstituteofOpto－Electronics，Taiyuan030006，China；2.InstituteofElectronicTechnology，PLAInformationEngineeringUniversity，Zhengzhou450004，China）

We introduced a new experimentally feasible protocol which can telecontrol the nonclassical features of a quantum state by using EPR and unbanlanced beam splitter（BS）.By changing transmissivityTof BS，we can squeeze（amplify）the amplitude variances of output toT／（1－T），meanwhile amplify（squeeze）the phase variances of output to（1－T）／T.

quantum entanglement；telecontrol；nonclassical

O431

A

0253－2395（2012）03－0493－04＊

2012－01－10；

2012－03－23

國家自然科學(xué)基金（60978008；61008006）

張海龍（1979－），男，甘肅武威人，博士研究生，研究方向：量子光學(xué)與量子信息.通訊作者：E－mail：jrgao＠sxu.edu.cn

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