＊1 利用EPR实现远程控制量子态的非经典性

＊1利用EPR实现远程控制量子态的非经典性

提出了一个可行的远程控制量子态非经典性的实验方案.在这个方案中，利用EPR的关联特性和一个透射率为T的分束器.通过控制平衡零拍探测装置前的分束器的透射率T，使得远程制备的输出态的正交振幅起伏压缩（反压缩）到原来输入态的T／（1－T），同时输出态的正交位相起伏反压缩（压缩）到原来输入态的 （1－T）／T.

量子纠缠；远程控制；非经典性

光场的非经典性尤其是光场的压缩和纠缠特性是开展量子信息研究的重要资源，利用量子纠缠可以完成经典计算与经典通讯领域中不可能完成的任务，例如量子密钥分配［1］、量子计算［2－3］、量子离物传态［4－5］、量子克隆［6］等量子信息传输等方面的研究.因此光场的非经典性是量子信息科学中的一个重要的研究课题.

在本文中，我们提出了一个可行的远程控制量子态非经典性的实验方案.在这个方案中，利用EPR的关联特性和一个透射率为T的分束器.通过控制平衡零拍探测装置前的分束器的透射率T，使得远程制备的输出态的正交振幅起伏压缩（反压缩）到原来输入态的T／（1－T），同时输出态的正交位相起伏反压缩（压缩）到原来输入态的 （1－T）／T.这个方案与量子离物传态方案十分相似，区别在于，我们在方案中用透射率为T的分束器将输入态与EPR一臂耦合，从而远程控制了输出态的非经典特性.而在量子离物传态方案中，因为使用的是50∶50分束器耦合，所以是不能控制量子态的非经典特性的.

具体方案如图1，在远程控制量子态非经典性中，Alice与Bob共享的EPR纠缠态构成一个量子信道［7］.Alice把输入态与纠缠态的一臂EPR1在透射率为T的分束器BS1上耦合后执行平衡零拍探测［8－9］，并将测量结果通过经典信道传送给Bob.Bob通过振幅调制器与位相调制器将测量结果调制在EPR2上，调制增益分别为g1，g2［10］.这就相当于在Bob处执行了一个幺正变换.这时就远程控制产生出非经典态.

图1 远程控制量子态非经典性原理图BS：50∶50分束器；BS1：透射率为T的分束器；BHD：平衡零拍探测器；AM：振幅调制器；PM：相位调制器Fig.1 Schematic of telecontrol the nonclassical features of a quantum state

具体理论如下，Alice与Bob共享的EPR纠缠态构成一个量子信道［7］.通常Alice与Bob共享的纠缠态是由一个正交振幅压缩态（设其压缩参数为r）与一个正交位相压缩态（设其压缩参数为r）在50∶50分束器上耦合而来.在海森堡表象下可写为［11］：

Alice把输入态与纠缠态的一臂EPR1在透射率为T的分束器上耦合后执行平衡零拍探测，输出测量结果为

利用式（2）EPR的正交振幅差（正交位相和）起伏的关联特性.我们得到输出量子态正交振幅、正交位相的起伏噪声为：

输出态与输入态的正交振幅（正交位相）起伏噪声比随透射率T的变化如图3所示，图3中，横轴T表示分束器BS1的透射率，纵轴V（T）表示输出态与输入态的正交振幅（正交位相）起伏噪声比.实线a表示输出态与输入态的正交振幅起伏噪声比随分束器BS1的透射率T的变化曲线.虚线b表示输出态与输入态的正交位相起伏噪声比随分束器BS1的透射率T的变化曲线.从图3中我们可以看出，相比输入态，输出态的正交振幅起伏噪声压缩（反压缩）到原来的T／（1－T），同时量子态的正交位相起伏噪声反压缩（压缩）到原来的（1－T）／T.当分束器BS1的透射率T＝1／2时，输出态与输入态的正交振幅（正交位相）起伏噪声比为1，即输出态与输入态的正交振幅（正交位相）起伏噪声相同，这就是通常的量子离物传态过程.

图2 输出态与输入态的正交振幅（正交位相）均值比随透射率T的变化曲线图Fig.2 Mean value ratio for the amplitude（phase）of output and input state with the transmissivity T

图3 输出态与输入态的正交振幅（正交位相）起伏噪声比随透射率T的变化曲线图Fig.3 Variances ratio for the amplitude（phase）of output and input state with the transmicssivity T

在本文中，我们提出了一个可行的远程控制量子态非经典性的实验方案.在实验方案中，利用EPR的关联特性和一个透射率为T的分束器.通过控制平衡零拍探测装置前的分束器的透射率T，可以通过EPR关联把远程恢复出的量子态的正交振幅起伏压缩（反压缩）到原来的T／（1－T），同时量子态的正交位相起伏反压缩（压缩）到原来的（1－T）／T.这个方案与量子离物传态方案十分相似，区别在于，通过改变透射率为T的分束器，远程控制了输出量子态的非经典特性.当透射率T＝1／2时，这就是一个典型的量子离物传态方案.这个实验方案的提出，丰富了量子非经典性的产生方法［12－13］，加深了对量子离物传态理论［14］的认识.

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［14］ Walls D F，Milburn G J.Quantum Optics［M］.Berlin：Springer Verlag，1994.

张海龙1，2，梁文德1，刘奎1，翟泽辉1，张俊香1，郜江瑞1†

（1.量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学 光电研究所，山西 太原030006；2.解放军信息工程大学 电子技术学院，河南 郑州450004）

Telecontrol the Nonclassical Features of a Quantum State by EPR

ZHANG Hai－long1，2，LIANG Wen－de1，LIU Kui1，ZHAI Ze－hui1，ZHANG Jun－xiang1，GAO Jiang－rui1
（1.StateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOptics Devices，InstituteofOpto－Electronics，Taiyuan030006，China；2.InstituteofElectronicTechnology，PLAInformationEngineeringUniversity，Zhengzhou450004，China）

We introduced a new experimentally feasible protocol which can telecontrol the nonclassical features of a quantum state by using EPR and unbanlanced beam splitter（BS）.By changing transmissivityTof BS，we can squeeze（amplify）the amplitude variances of output toT／（1－T），meanwhile amplify（squeeze）the phase variances of output to（1－T）／T.

quantum entanglement；telecontrol；nonclassical

O431

A

0253－2395（2012）03－0493－04＊

2012－01－10；

2012－03－23

国家自然科学基金（60978008；61008006）

张海龙（1979－），男，甘肃武威人，博士研究生，研究方向：量子光学与量子信息.通讯作者：E－mail：jrgao＠sxu.edu.cn

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