光子是量子信息的天然载体,因为它们易于分布且寿命长。本论文涉及单光子量子信息处理的各个相关方面。首先,我们通过广义的 N × N 对称分束器(称为贝尔多端口)演示 N 光子纠缠的产生。可以生成各种各样的 4 光子纠缠态以及 N 光子 W 态,成功概率出乎意料地随着 N 而呈非单调递减趋势。我们还展示了如何使用相同的设置来生成多原子纠缠。对多端口的进一步研究还使我们得到了 Hong-Ou-Mandel 倾角的多粒子概括,它适用于所有具有偶数个输入端口的贝尔多端口。接下来,我们演示了一种基于广义线性光学的光子滤波器,无论涉及的光子数量有多少,它都具有恒定的成功概率。该滤波器具有最高的报告成功概率并且具有干涉稳定性。最后,我们展示了如何仅使用线性光学资源,以单位成功概率在两个远距离节点上执行重复直至成功的量子计算。我们进一步表明,使用非同一光子源,仍然可以实现稳健性,这说明了基于测量的量子计算的性质和优势。直接应用于相同的设置自然会导致按需生成任意多光子状态。最后,我们展示了如何在没有线性光学的情况下从杨氏双缝实验中两个原子的发射中检测到光子的偏振纠缠,从而使两个原子也最大程度地纠缠。
主要关键词