[论文解读] On Quantum Teleportation using Parametric Down-Conversion

Pieter Kok, Samuel L. Braunstein|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 1999

Quantum Information and Cryptography被引用 1

一句话总结

本文通过参量下转换分析量子隐形传态，重点研究探测器效率和态制备中的级联效应。结果表明，探测器级联带来的增益有限，而使用两个下转换器可自然揭示光源的非泊松光子统计特性；无条件隐形传态要求探测器效率达到最低阈值或降低光源速率。

ABSTRACT

The experimental realization of quantum teleportation as performed by Bouwmeester et al. is studied [Nature, 390, 575 (1997)]. In our analysis we also consider a generalised version of this experiment, taking into account the detector efficiencies and a detector cascade in the state-preparation mode. We found that detector cascading in order to distinguish between one or several photons is of limited use in this situation. It is shown that employing two parametric down-converters automatically probes the non-Poissonian structure of these sources. A discussion for the fidelity of the teleported state prior to Bob's detection is given. Several interpretations of the experiment are discussed in the light of this fidelity. Finally, we find that in order to have unconditional quantum teleportation there is a lower limit to the detector efficiency or a necessity for a decrease in the production rate of one of the photon-pair sources.

研究动机与目标

• 分析Bouwmeester等人所展示的基于参量下转换的量子隐形传态实验实现。
• 研究探测器效率和探测器级联在量子隐形传态态制备中的作用。
• 评估两个参量下转换器如何揭示光子源的非泊松特性。
• 确定鲍勃测量前的传送态保真度及其影响。
• 确定无条件量子隐形传态的条件，特别是关于探测器效率和光源速率。

提出的方法

• 本研究在原始Bouwmeester等人实验的基础上，于态制备阶段引入了现实的探测器效率和级联效应。
• 建立了广义的隐形传态设置模型，以包含参量下转换光源的非泊松光子统计特性。
• 利用光子源行为的理论模型，计算了鲍勃检测前的传送量子态保真度。
• 基于保真度结果，考虑了实验的多种解释，特别是关于量子相干性和测量塌缩的问题。
• 通过分析探测器效率与光子对产生速率之间的相互作用，推导出无条件隐形传态的条件。
• 评估了探测器级联在隐形传态保真度背景下区分单光子与多光子的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 探测器效率在参量下转换设置中如何影响量子隐形传态的保真度和成功率？
• RQ2 探测器级联在态制备中对光子数区分的改善程度如何？
• RQ3 参量下转换光源的非泊松光子统计特性在隐形传态保真度中起什么作用？
• RQ4 在此实验框架下，实现无条件量子隐形传态的必要条件是什么？
• RQ5 在探测器效率有限的情况下，光子对产生速率如何影响无条件隐形传态的可行性？

主要发现

• 在基于参量下转换的量子隐形传态中，为区分单个或多个光子而采用探测器级联带来的增益有限。
• 使用两个参量下转换器可自然揭示光源的非泊松光子统计特性，这对保真度分析至关重要。
• 鲍勃测量前的传送态保真度显著受光子统计特性与探测器特性的影响。
• 无条件量子隐形传态要求探测器效率存在下限，或其中一个光源的光子对产生速率降低。
• 理论分析表明，保真度的解释关键取决于光源的统计行为和测量效率。
• 本研究确立了，现实探测器限制要求在光源速率与检测可靠性之间进行权衡，以实现可靠的隐形传态。