光量子信息处理器中的核心器件的误差与优化的模拟

论文总字数：25346字

摘 要

本课题利用数值模拟的方法，分析光量子信息处理中广泛应用的核心器件的误差对整个信息处理的结果的准确性的影响。在本篇论文之中分析了波片之中由于光轴的误差以及延迟精度所造成的最终结果方面的误差。在对于波片的误差研究方面，我们选取了半波片作为器件研究对象，并分析得出了对于光轴的误差来说，造成误差的主要因素是理想的光轴旋转角度与现实操作角度之间的差异所造成的，而对于延迟精度所造成的误差来说，误差的产生不仅仅与出射的两束偏振光之间的光程差有关系，同时也与理想中的光轴与现实操作之中的光轴之间的差异有关。对于偏振分束器来说，消光比的误差主要造成的将是对于测量结果方面的偏差以及对于干涉来说将会造成干涉可见度方面产生的误差。在最后，我们对我们的分析结果进行了归类总结并提出了一些可能的降低误差的方法。

关键词：量子信息，光量子信息处理器，误差分析，误差传递

THE ANALYSIS OF THE ERROR OF THE CORE DEVICE OF THE OPTICAL QUANTUM INFORMATION PROCESSOR AND THE DISCUSSION OF THE OPTIMIZATION

Abstract

This paper is analyzed by the numerical simulation method to get the effect of optical quantum information processing error in the core components widely used in the accuracy of the results of the entire information processing. And on the basis of these analyzes propose some solutions for the optimization of the corresponding device.

Error analysis of the subject has a polarizing beam splitter extinction ratio error, delay accuracy error axis error-wave plate, wave plate of three core components in optical quantum information processor that will result in a greater impact on the error.

Among this paper analyzes the error-wave plate being delayed due to an error and the accuracy of the optical axis caused by the final outcomes. In the wave plate error research, we chose the half-wave plate as the device object of study, obtained and analyzed the optical axis of the error, the error is the major factor in the ideal optical axis angle of rotation angle of the operation and the reality caused by differences between, and accuracy for the delay caused by the error, the error occurs not only associated with the exit of the optical path difference between the two beams of polarized light, but also with the ideal and the reality of the operation axis Among the differences between the relevant axis. For the polarization beam splitter, the extinction ratio of error is mainly due to the deviation for the measurement of outcomes and it will cause interference for interference visibility aspect resulting errors.

In the end, we have the results of our analysis are classified summarized and proposed some possible reduce errors.

KEY WORDS: Quantum information , optical quantum information processing device, the analysis of the error, error propagation

目 录

摘要…………………………………………………………………………………… Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 …………………………………………………………………… 2

1.1 引言 ……………………………………………………………… 2

1.2光子系统（线性光学系统）实现量子信息处理的现状与介绍…… 3

1.3简单的量子态演化过程以及误差的定量描述……………………… 7

1.4本文结构……………………………………………………………… 8

第二章 2.1波片的工作原理……………………………………………………… 8

2.2波片在光轴方向存在的误差的分析………………………………… 11

2.3对波片延迟精度的误差分析…………………………………………

第三章 3.1偏振分束器的工作原理………………………………………………

3.2偏振分束器的消光比误差……………………………………………

第四章 总结与讨论

致谢……………………………………………………………………………………

参考文献………………………………………………………………………………

1. 绪论

1.1引言

二十世界初期所发展兴起的量子力学以及相对论，作为二十世纪时的物理学界的两项具有划时代以及颠覆性意义的伟大成就，现在已经成为了推动现代物理学发展所必不可少的两个基本理论基础与动力。我们对于时间、空间的本质的认识、理解的不断深入与我们对相对论的不断研究与发展的关系是密不可分的。相对论与量子力学各自侧重于对于世界上的不同规模尺度的物质的研究。相对论，特别是后面随之发展起来的广义相对论以及更进一步的相对论宇宙学则更加注重于对宏观世界的研究与观察，加深了我们对于自身所处宇宙的认识以及理解。另一方面，量子力学则是侧重于对于微观世界的认识与了解。微观尺度上的各种粒子，如分子、原子、电子等，量子力学注重于对它们的运动以及性质的研究。随着量子力学的发展以及在这方面的研究的不断深入，它已经对于我们的现实生活产生了巨大的影响，如计算机的发展与出现的根源就来自于量子力学研究的不断深入。科学进步与科技发展的其中一个目标就是人们可以按照自己的设想来改造世界的愿望，而要实现这一愿景，就必须得实现对于微观粒子的人为操纵，而这正是量子力学研究所希望达到的目标之一。纵观人类社会的发展进程，我们将发现信息的交流是不可或缺的，每一次社会的进步都与信息技术的发展密不可分。而在信息越来越繁多复杂的现在，对于信息存储所提出的要求变得越来越高。计算机与互联网的出现，是我们现代社会信息技术与科学发展的一个标志以及里程碑。但是随着社会继续不断的向前发展，更大容量的存储空间，更多信息的传输交流，更加准确迅速的计算，成为了人们对于信息科学方面下一个发展的方向与目标。但是其中的一个问题是，我们现在依靠的通过缩小计算机芯片制作工艺的尺度来提高计算速度的这种常用手段，将会有一个无法回避的问题，那就是这种方法存在着一个极限。原因在于，在我们对计算机芯片进行处理的过程中，热量的产生是无法避免的，但在满足人们不断提升的需求的同时，制作工艺尺度的缩小将会导致这一部分的热量急剧上升，最终达到一个不可容忍的程度。同时，在我们将制作的尺度进一步的缩小的过程中，在接近原子尺度的时候，我们将不再能够继续用经典力学作为我们的理论基础，在这个时候，我们就需要使用量子力学来处理问题。在这样的一个大背景下面，应运而生了一门新兴的学科——量子信息学。物理与信息是不可分割的一个整体部分，一个具体的物理系统是进行信息的存储、处理以及运输的前提。经典信息指的是经典物理的信息，而在量子系统中进行编码的信息既是量子信息。量子信息学将信息学和量子力学成功地结合起来,处理在量子效应明显的各种信息系统中的各种问题,从而将信息科学的发展带入了一个新天地。各种在经典信息学中不可能实现的任务，在完成对于量子信息的操控后，它们在量子信息中都找到了将其实现的可能，而这种研究如何通过完成对量子信息的操作来实现许多在经典信息学无法实现的构想和行为的学科即是量子信息处理学。量子信息处理学包括量子信息（量子通信）以及量子计算这两个部分。

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