前言


量子信息學(xué)可以看作是量子力學(xué)、信息理論和計算科學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科。它一方面在理論上為很多基礎(chǔ)物理學(xué)問題提供了更深刻的理解，另一方面也逐漸在技術(shù)上對我們理解和發(fā)展物理世界帶來了革命性步。由量子信息學(xué)中發(fā)展起來的量子通信、量子計算和量子精密測量可以為我們提供更加的新型通訊方式、速度更快的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和精度更高的參數(shù)測量技術(shù)。在眾多的量子信息處理任務(wù)中，量子糾纏作為一種特殊的物理資源常常起到至關(guān)重要的作用。量子糾纏是復(fù)合量子系統(tǒng)中各部分之間一種奇妙的非局域關(guān)聯(lián)，它不能由系統(tǒng)各分離部分的局域操作或各部分之間的經(jīng)典通訊產(chǎn)生。因此，量子糾纏可以被用來很好地表征和量化系統(tǒng)的量子特性年來，研究者們在不斷探索利用不同的物理體系實現(xiàn)量子信息處理任務(wù)，已經(jīng)取得了很大展。從光學(xué)系統(tǒng)、腔量子電動力學(xué)、囚禁離子體系發(fā)展到固態(tài)量子點、金剛石氮空位中心、超導(dǎo)量子體系等物理模型。但是到目前為止，科學(xué)家們還不能確定哪一類物理體系是終實現(xiàn)量子信息處理理想的候選者。或許，結(jié)合多種量子體系的優(yōu)勢來構(gòu)造混合體系的物理裝置將是突破設(shè)計瓶頸的一種新思路。作者多年來一直致力于利用腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)和金剛石中的氮空位中心體系來研究量子糾纏制備和應(yīng)用的工作，十幾年的學(xué)習(xí)所獲和研究成果成為本書的內(nèi)容支撐。全書共有六章：章主要介紹了量子信息學(xué)的基本原理和發(fā)展背景，量子糾纏的基礎(chǔ)概念、代表性糾纏態(tài)的形式及其在量子通信理論中的應(yīng)用。第二章介紹本書涉及的物理模型——腔輔助相互作用系統(tǒng)，通過對腔輸入輸出過程的推導(dǎo)，展示腔內(nèi)量子比特和光量子比特之間的相互作用效果；第三章闡述基于原子和量子化腔場耦合系統(tǒng)實現(xiàn)一類原子糾纏態(tài)制備的方案；第四章詳細(xì)介紹了在金剛石氮空位中心體系中光子糾纏態(tài)和自旋糾纏態(tài)的制備方案，并且設(shè)計了通用量子門的構(gòu)建過程和應(yīng)用示例。第五章和第六章分別針對純態(tài)糾纏態(tài)和混合態(tài)糾纏態(tài)探索了糾纏度直接測量的理論方案，并對方案的度和實驗可行性給出了系統(tǒng)分析。本書完成過程中，得到了山西工程技術(shù)學(xué)院劉阿鵬老師的意見和幫助，山西師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院研究生鄭黎娜為書稿的校對做出了積極的貢獻(xiàn)，在此對他們表示衷心的感謝。本含的部分研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)項目（編號：61801280）和山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目（編號：201801D221015）的資助，在此一并表示感謝。


由于作者有限，并且量子糾纏的理論和應(yīng)用也在不斷的發(fā)展之中，本書所呈現(xiàn)的內(nèi)容難免有疏漏或者不當(dāng)?shù)牡胤剑瑧┱堊x者批評、指正。