973标书量子通信网络和量子仿真关键器件的物理实现.docx

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项目名称：
量子通信网络和量子仿真关键器件的物
理实现
首席科学家：
起止年限：
依托部门：
至
中国科学院
二、预期目标
本项目的整体目标是实现假设干量子通信网络和量子仿真关键器件。通过系统的研究各个物理体系在实现量子信息进程中的大体物理问题，为量子信息的有效化找到一条切实可行的道路，同时完善现有的实验研究平台，磨炼和造就一支国际先进水平研究队伍。咱们希望在通信波段的量子光源的实现与应用，多光子操控，量子周密测量，网络量子信息进程，光学微腔量子信息器件的加工与操控和量子仿真的理论与实验等方面作出假设干国际领先的有显示度的功效。
五年的预期目标：
1. 研制基于量子点发射的通信波段非经典光源原型器件，并利用这些器件进行量子通信网络化、长程化的各类大体问题的研究，如信道的非马尔科夫性、信道的波分复用等。完成基于量子点中自旋态的量子操纵的原理性验证。
2. 完成八光子通信复杂度实验；提高多光子干与的进程保真度；可能实现逼近或达到海森堡极限的高精气宇子测量实验；研制二维网络纠缠光源原型器件，成立一个可用于研究网络量子信息进程的有必然规模的量子网络平台。
3. 把握基于微纳光学腔的可集成化量子仿真中的核心技术和并实现其中的关键操作，如实现光腔中单量子体与腔模强耦合；实现对光子态或原子能级态的量子相干操纵；制备由多个光学腔组成的光学腔阵列，并实现其中两个耦合腔体系的彼此作用。
4. 在具有可集成性的量子系统芯片式设计和调控，强关联模型的量子仿真和量子奇异相探测和在基于量子信息的算法研究、量子相变和量子纠缠的理论方面取得假设干重要的进展。
咱们预期在国际高水平杂志上发表论文100篇以上，培养博士生30名左右。
三、研究方案
一、研究方案
本项目将利用光子及光子与固态物质彼此作用进程，拟在量子通信网络和量子仿真的关键性技术上取得冲破。在量子信息物理实现方面，各类物理体系具有不同特点。不同的量子比特系统相关于不同的量子信息实现进程具有不同的优势和不足，如光学有利于量子信息传播；固态系统有利于器件的集成和信息的定域化存储；而在高品质的微腔中光与原子的彼此作用有利于实现量子信息的操纵。因此本项目将集中研究光子和光子同具有可集成性和长相干时刻的固态系统的量子信息处置器件，解决量子通信和量子仿真等在长程化，网络化，及可集成化等有效化研究方面的假设干关键问题。将利用光子的易传输性质和光子本身的聚束效应，实现网络化量子通信和高精度的量子测量；利用光子和固态物质的相干特性，通过光与固态物质彼此作用实现量子通信中的信息转换和存储节点和量子仿真中大体操作和存储单元。
具体方案中，本项目将融合光子和固态物质在量子信息物理实现方面的各类优势，如利用量子点和参量下转换系统实现高品质的纠缠光源和高质量的光子干与进程；利用腔电动力学实此刻微腔中光子与固态物质有效彼此作用进程和探讨强关联模型的量子仿真理论。相关于利用单个量子体系，如纯光学或纯固态体系，本项目不仅将集中它们的优势，实现优缺点互补；同时也将在量子态操控，相干性维持，量子信息方案等方面不断吸收其它量子系统量子调控手腕的优势，研究并实现有效化网络量子通信和集成化量子仿真关键元器件。
1. 本项目将立足于自组织InAs/GaAs量子点和InAs/InP量子点作为量子光源。利用微纳加工的方法取得单个量子点。利用HBT实验研究量子点发射的单光子和双光子特性。利用量子拍或发光谱偏振测量的方法测得量子点中激子能级的精细结构劈裂，这是引发双激子发出的纠缠态消相干的关键，也是挑选量子点样品好坏的重要参数。挑选出精细结构劈裂比较小（lueV量级）的样品后利用磁场或单轴向应力等方法把精细结构劈裂调剂到接近零，再利用量子信息中量子态层析技术刻画取得的双光子态。咱们将利用特制的窄带干与滤波片搜集双光子纠缠态，和国际通用的光谱仪滤波的方法相较搜集效率会有极大提高（约提高一个量级）。本项目将利用国际上先进的DifferentialTransmission,KerrRotation等泵浦-探测技术实验验证基于量子点的量子比特操纵的大体原理。
2. 在高亮度纠缠光源研究方面，由于增加光子数的实验技术难度是较大的，会随之带来一系列问题，因此这方面的实验方案初步将采取光路较简单的，投影概率较大的设计。量子测量的方案理论设计方面要紧考虑在本课题组之前已有良好基础的利用多光子NOON态投影进行逼近海森堡极限测量理论方案作必然改良来进行。在二维网络纠缠光源研究中，咱们打算采纳脉冲激光泵浦的薄晶体来制备宽带的纠缠光源，并利用现有光纤通信中普遍应用的波