光子量子态的合并与分裂
量子物理
2015-06-17 v1 光学
摘要
最近实验演示了一种名为“量子态合并”（quantum state joining）的光子过程 [C. Vitelli et al., Nature Photon. 7, 521 (2013)]，该过程对应于将两个输入光子（即两个光子量子比特）的内部二维量子态转移至单个光子的四维量子态（即一个光子四能级量子比特）。理论上还提出了其逆过程方案，即“量子态分裂”（quantum state splitting）。这两种过程均可在级联布局中迭代，以实现两个以上量子比特的合并和/或分裂，从而形成一种通用方案，可在保持系统总量子态或量子信息内容不变的同时改变系统中的光子数量。在此，我们从理论角度重新审视这些过程。在将合并和分裂过程的理论置于更通用的光子占据数表示法之后，我们引入了一些修改后的方案，这些方案在原理上是幺正的（不考虑 CNOT 门的实现），且不需要投影和前馈步骤。这对于量子态分裂情况尤为重要，可获得不依赖后选择的方案。此外，我们正式证明了利用线性光学合并两个光子态至少需要使用一个辅助光子。考虑到已演示的合并方案涉及两个 CNOT 量子门的顺序应用，而众所周知存在仅用两个光子和后选择的线性光学方案，这一结果 somewhat 出乎意料。最后，我们探讨了合并方案与涉及每个粒子多于一个量子比特的多粒子纠缠态簇生成之间的关系。
引用
@article{arxiv.1309.4254,
title = {Joining and splitting the quantum states of photons},
author = {Elsa Passaro and Chiara Vitelli and Nicolo' Spagnolo and Fabio Sciarrino and Enrico Santamato and Lorenzo Marrucci},
journal= {arXiv preprint arXiv:1309.4254},
year = {2015}
}
备注
10 pages, 2 figures