纠缠是量子信息处理的基本资源,因为它是隐形传态[1]、超密集编码[2]和量子密钥分发[3]等关键协议的推动力。因此,理解纠缠作为一种资源并对其进行量化一直是一个长期的挑战[4],[5],这个主题被称为纠缠理论(有关该主题的综述和最新结果,请参阅[6]–[9])。纠缠理论中两个基本的操作量是可蒸馏纠缠和二分态ρ AB 的纠缠成本[5],[10]。与这些量相对应的物理场景是,Alice 和 Bob 在遥远的实验室中,第三方将ρ AB 的系统A分发给Alice,将ρ AB 的系统B分发给Bob,并且允许他们对该状态执行本地操作和经典通信(LOCC)。可蒸馏纠缠定义为通过纠缠蒸馏协议从大量 n 个 ρ AB 副本中提取 ebit(贝尔态)的最大速率,即免费使用 LOCC,使得实际输出状态与理想状态 ρ ⊗ n AB 的保真度在极限 n → ∞ 时趋近于 1。纠缠成本定义为通过纠缠稀释协议生成大量 n 个 ρ AB 副本所需的 ebit 的最小速率,即免费使用 LOCC,使得实际输出与理想状态 ρ ⊗ n AB 的保真度在极限 n → ∞ 时趋近于 1。可蒸馏纠缠和纠缠成本通常都极难计算,甚至有人怀疑这些量在图灵意义上是不可计算的 [11]。人们早就知道,可蒸馏的纠缠不会超过纠缠成本 [5],[12]。这个不等式可以解释为“纠缠动力学第二定律”,阻止了永久纠缠的存在
A. Osterloh,Light Audio,G。Falci和念珠天然416,608(2002)L。Tagliaczo,Thiago。R.修订版b 78,024410(2008)
量子系统可以具有非古典相关性,这些相关已成为量子物理学的内在部分[1]。尤其是纠缠一直是一项密集研究的主题[2,3]。通常,如果不能将其作为产品状态的凸组组合写成,则多粒子系统会纠缠。对于许多应用程序,两分量子状态被认为是关键资源[4,5]。在光子的情况下,可以在各种自由度之间检测到纠缠,例如极化,空间或时间。极化输入的光子已在量子信息方案中实现,例如量子密钥分布(QKD)[6],超密集编码[7],量子触发[8],量子计算[9],量子干涉光学量表[10]等有很多方法可以产生极化的光子对,例如自发参数下调[11]或自发的四波混合[12]。量子状态断层扫描(QST)是量子信息理论发展的固有的。任何协议都需要特征良好的量子状态。在许多应用中,在许多应用中,确定物理系统准确数学表示的能力起着核心作用[13 - 16]。尤其是,由于涉及单个光子的实验的巨大潜力,光子断层扫描引起了很多关注[17]。因此,在目前的工作中,我们
材料推动技术发展,例如微电子和纳米技术中的硅基半导体。这些材料虽然本质上是量子的,但它们的宏观特性并不表现出量子世界最引人注目的方面之一:纠缠。因此,半导体中的电子可以在单电子水平上建模。然而,一种新的范式——量子材料——正在出现,在量子计算领域具有潜在的应用潜力。在这些系统中,电子是纠缠的,单电子图像不再是材料特性的准确描述。相反,需要多体、N 电子处理。当前的 QIS 捕获并利用单个原子或离子作为量子比特,即经典比特的量子模拟。由于实验的不完善,需要许多离子才能累积起来代表一个可用的“逻辑”量子比特。捕获这些离子具有挑战性,因此系统既庞大又昂贵。世界上最先进的系统由 IBM 创建,仅捕获 53 个离子。量子材料的一种可能应用是利用物质深处的 N 电子纠缠作为 QIS 应用的资源。材料中的每个纠缠电子都充当量子比特,从而实现更大规模的 QIS。在 Mourigal 实验室博士后 Zhiling Dun 的帮助下,该项目的目标是合成和表征电子自旋可能纠缠的磁性材料。
在量子世界中看到的效果也为测量技术提供了令人惊讶的机会。纠缠光子的性质可用于光谱法中,例如,从否则难以访问的波长范围中收集有价值的光谱信息。Fraunhofer IPM正在与其他Fraunhofer Institutes合作,继续开发针对潜在工业应用的尖端量子传感器测量技术。
摘要:当从希尔伯特空间均匀随机地抽取量子纯态时,该状态通常是高度纠缠的。随机状态的这种特性被称为量子态的一般纠缠,长期以来一直从黑洞科学到量子信息科学等多个角度对其进行研究。在本文中,我们探讨了量子态的对称性如何改变一般纠缠的性质。更具体地说,我们研究从给定对称性的不变子空间均匀随机抽取的量子态的二分纠缠熵。我们首先将众所周知的浓度公式扩展到适用于任何子空间的公式,然后表明:1. 与轴对称相关的子空间中的量子态仍然高度纠缠,尽管它比没有对称性的量子态的纠缠程度要低;2. 与置换对称相关的量子态的纠缠程度明显较低;3. 具有平移对称性的量子态与一般量子态一样纠缠。我们还用数字方式研究了一般纠缠分布的相变行为,这表明即使随机状态具有对称性,相变似乎仍然存在。
纠缠光子表现出非经典的光物质相互作用,为材料和分子科学创造了新的机会。例如,在纠缠双光子吸收中,强度依赖性呈线性变化,就好像只有一个光子存在一样。纠缠双光子吸收截面接近但不匹配单光子吸收截面。纠缠双光子截面也不遵循经典的双光子分子设计图案。诸如此类的问题为丰富但新兴的纠缠光物质相互作用领域埋下了种子。从这个角度来看,我们使用纠缠光子光谱的实验发展来概述该领域的现状。既然已经概述了基本工具,现在是时候开始探索材料、分子和设备如何控制或利用与纠缠光子的相互作用了。
纠缠的光结合相互作用的研究一直在增强动量,因为它们在生物成像和感测中的潜在应用。纠缠的光子被预测为线性化非线性光学过程,并向相互作用横截面提供增强的数量级。研究了和表征纠缠增强的生物成像技术的有效性,设计和表征了基于周期性粘液性锂量含锂(PPLT)的连续波(CW),芯片,片上的宽带,宽带纠缠源。This light source achieved fem- tosecond entangled correlation times comparable to classical ultrafast lasers with an unprecedented power of ∼ 100 nW in near-infrared (NIR), which is a crucial first step toward fully integrated, thin-film lithium niobate (TFLN)-based, visible to NIR entangled photon sources.然后将此光源用于随后的光谱/显微镜实验,以系统地研究具有纠缠的显微镜技术的可行性,例如纠缠的两光子吸收(ETPA)显微镜和纠缠的荧光生命测量值。开发了一种新的方法,可以使用静态分辨的米歇尔森干涉仪来测量ETPA的荧光,该方法擅长消除由于单光子的吸收和散射而导致的错误信号。制作了从戊胺6G(R6G)中检测虚拟状态介导的ETPA的仔细实验尝试,并从吲哚羟胺绿(ICG)中提高了ETPA,并发现了ETPA信号,并且发现ETPA信号低于仪器检测极限,并且经常被诸如散射和局部吸收器等单光子效应掩盖。相反,将实验上限放在研究分子的ETPA横截面上,重点是继续改善光源和仪器检测极限。片上悬而未决的荧光寿命成像显微镜(纠缠 - FLIM)也已被确定为新的未来发展焦点。通过原理证明实验证明了该技术的可行性,该实验揭示了各种溶剂中ICG的荧光寿命。使用CW激光器产生的纠缠光子,寿命测量方案达到了50 ps的时间分辨率,最小可测量的寿命为365 ps,可用于区分相应波长范围内的大多数生物学相关的荧光团。该实验是迈向可扩展,高吞吐量,波长 - 多工和芯片上的FLIM或终身测量结果的关键第一步,可用于无标签的健康监测技术。
量子纠缠状态是量子算法的重要成分。可以使用各种物理系统来获得此类状态并操纵它们。但是,凝结物理学的实现似乎是最有前途的,因为在这些系统中可以实现[1]。我们调查了两个量子点,这些量子点与超导电极和金属电极或铁磁检测器相连[2,3],如图1。在这样的系统中,超导电极可以用作自然存在的状态库珀对的来源,该库珀对处于单重旋转状态。电子对能够隧道隧道并占据单独的量子点,而它们的两个旋转都可以纠缠。由于使用纠缠方法,只有使用铁磁检测器直接测量自旋极化电流,才可以通过直接测量自旋偏振电流进行纠缠。
我们描述了一种完整的方法,用于精确研究附近两个量子质量之间的重力相互作用。由于这些质量的位移比其中心之间的初始分离小得多,因此位移与分离比是一个纳特参数,可以扩展引力范围。我们表明,仅当系统演变为非高斯状态时,即至少在至少扩展到立方术语时,在这种实验中的范围对INILIAL相对动量敏感。表现出了力梯度作为位置摩托米相关性的主要贡献者的关键作用。 我们为纠缠增益建立了封闭形式的表达,这表明立方术语的贡献与动量成正比,而四分之一的术语与动量平方成正比。 从量子信息的角度来看,结果发现应用是非高斯纠缠的动量见证人。 我们的方法用途广泛,并适用于任何数量的中央交互。表现出了力梯度作为位置摩托米相关性的主要贡献者的关键作用。我们为纠缠增益建立了封闭形式的表达,这表明立方术语的贡献与动量成正比,而四分之一的术语与动量平方成正比。从量子信息的角度来看,结果发现应用是非高斯纠缠的动量见证人。我们的方法用途广泛,并适用于任何数量的中央交互。