量子通信大作业

量 子 通 信 大 作 业

量子交换门

量子通信是研究利用量子手段传递和处理信息的技术。经过多年来的理论和实践探索，已经初步发展形成了可用的量子通信网络。与经典通信相比，建立在量子力学基本原理基础上的量子通信有很多优势，如传输信息的无条件安全性，通信的高效性等。

量子交换是构建量子多用户通信网络的关键技术，避免了每个通信终端全连接带来的复杂性，并大大所见了组网和维护成本，经典通信网络中有各种成熟的交换技术，但这些都不适合量子交换，量子交换有其自身的特点。由于量子态不可克隆定理的限制是的经典交换方法应用于量子交换有很多技术障碍，比如存储量子态而且要保持量子特性不变，还有量子态叠加性和纠缠性，因此寻找实现量子交换的新技术、新方法也是未来研究的热点。

目前常应用于实际的量子交换方法主要是空分交换，波分交换和基于量子Fredkin门的交换也是两种可行的方法。其中量子fredkin门的实现，包括线性光学方法、非线性光学方法，以及其他实现方法。

一、量子交换门实现中用到的一些线性光学器件

现在量子交换的研究主要基于光子，所以在这里先来介绍一下量子交换门中几种常用的光学器件。

1.相位片

相位片（phase shift）的示意图

其中一个重要的元件是相位片（phase shift），是一个单入单出的元件，它会使光子的位相发生变化，一个特定的相位片带来的位相变化只与同一模式中的光子数有关。

2.分束器

分束器 （beam splitter）的示意

另一个重要的光学元件是分束器，是一个双入双出的元件，光照在分束器上会有一部分透射一部分反射。分束器在线性光学量子信息处理中发挥着重要的作用。一般地，分束器有两个参数，θ和φ，其中T?cos2?和R?sin2?分别代表分束器的透射率和反射率，φ表示相对相位。Θ通常是由分束器本身决定的，而

φ是受分束器前后相位片或光路长度的影响，并不是固定的，因此我们一般计算的时候往往采取简单的形式，选取φ=-π/2（π、2），即使得1（2）路入射的光子反射后相位不变，而2（1）路入射的光子反射后相位变化π。特别的，在一些复杂的光路中，为了明确这两种不同的情况，往往在会发生相位变的