量子糾纏態與量子資訊處理

Abstract

本論文提出量子糾纏與量子資訊處理的理論與實驗研究成果。我們引進且利用系統性的方法分析量子多體糾纏態的關連結構並偵測隱含於多體多維物理系統中的量子關連，我們亦提出了嶄新的量子方案以實現量子糾纏態的製造、純化、量子糾錯及量子搜尋演算法；這些理論方法與結果有助於了解量子力學的基本特徵並開發量子訊息領域中的相關應用。 在實驗工作方面，我們發展並開發了用於實現單向量子計算的二光子四量子位元糾纏源。利用高亮度糾纏源所產生的二光子量子態在偏振與空間自由度上的糾纏特性，我們實現了高效率的量子搜尋演算法，此實驗結果顯示二光子超糾纏態可作為快速且精確的光學量子計算之基礎。

The present thesis shows the result of theoretical and experimental study on the physics of entanglement and quantum information processing. We propose a systematic approach to analyze the correlation structures of multipartite entanglement and detect genuine quantum correlations inherent in multipartite multi-level systems. In addition, we introduce novel proposals for entanglement generation, entanglement purification, quantum error corrections, and quantum search algorithm. These theoretical methods and results are both significant for studying the fundamental feature of quantum mechanics and for exploiting the field of quantum information.