[论文解读] An optical method for teleportation

Sandu Popescu|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 1995

Quantum Information and Cryptography参考文献 1被引用 15

一句话总结

本文提出了一种利用标准光学技术的 teleportation 协议，在理想极限下实现 100% 的成功概率。该方法通过将未知量子态直接编码到纠缠光子对中某一光子的偏振态上，避免了测量两粒子纠缠算符的需求。该方法利用预先准备好的纠缠态，并结合对单个粒子自由度的改进测量方案，使得在当前实验技术条件下即可实现完全的 teleportation 保真度。

ABSTRACT

A teleportation method using standard present day optical technology is presented.

研究动机与目标

• 开发一种可使用现有光学技术实现的 teleportation 协议。
• 克服原始 teleportation 方案中测量两粒子纠缠算符的实验挑战。
• 在理想极限下实现 100% 的 teleportation 成功率，与以往仅能实现 50% 成功率的方案形成对比。
• 仅使用标准量子光学组件，实现量子 teleportation 的实验验证。
• 为具有更高探测器效率容忍度的广义贝尔型测量提供框架。

提出的方法

• 准备者将未知量子态 |Ψ⟩ 编码到光子 1 的偏振态上，该光子已与光子 2 在空间模式 a 和 b 上处于纠缠态。
• 爱丽丝对光子 1 进行测量，使用一个算符 A，其本征态为空间和偏振自由度的叠加态：|ψ⟩ = (|a⟩|v⟩ ± |b⟩|h⟩)/√2 和 (|a⟩|h⟩ ± |b⟩|v⟩)/√2。
• 该测量通过将偏振片设置在四个角度之一来实现，每个角度允许一个本征态完全通过，而其他本征态则以较低概率通过。
• 测量结果通过经典通信方式传送给鲍勃，鲍勃根据结果对自身光子施加相应的幺正操作，以重建原始态 |Ψ⟩。
• 该协议使用两光子纠缠态 |Φ⟩ = 1/√2 (|a⟩₁|a′⟩₂ + |b⟩₁|b′⟩₂) |h⟩₁|h⟩₂，其中态 |Ψ⟩ 被编码在光子 1 的偏振态上。
• 该方案通过让准备者在光子 1 到达爱丽丝之前直接改变其偏振态，避免了光子存储或光子-光子相互作用的需求。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅使用标准光学器件实现 100% 成功率的量子 teleportation？
• RQ2 是否可以通过重新定义态编码方式，消除对测量两粒子纠缠算符的需求？
• RQ3 如何将 teleportation 协议调整为仅使用纠缠自由度的单粒子测量？
• RQ4 该方法能否使当前技术条件下的 teleportation 实验验证成为可能？
• RQ5 该设置能否推广用于在较低探测器效率要求下检验贝尔型非定域性？

主要发现

• 所提出的 teleportation 协议在理想极限下可实现 100% 的成功率，而以往的方案最多只能达到 50%。
• 通过将态编码在已处于纠缠对中的单个光子的偏振态上，该方法避免了测量非局域两粒子算符的需求。
• 所需的测量等价于对单个粒子的联合空间和偏振自由度进行正算子值测度（POVM）。
• 该协议可使用当前光学技术实现，包括标准的参量下转换和偏振控制技术。
• 该方案可实现广义贝尔型测量，即使在探测器不完美时也能揭示量子非定域性。
• 该方法允许通过检查当爱丽丝的测量结果对应于验证态时，鲍勃的光子是否能通过一个随机选择的偏振片，来验证 teleportation 的成功。