[论文解读] Superdense Coding with Linear Optics

Mladen Pavičić|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2011

Optical Network Technologies被引用 1

一句话总结

该论文提出了一种仅使用线性光学的确定性超密集编码协议，通过操控一个光子，将四个经典信息编码到纠缠光子对上。通过使用标准和偏振分束器实现的四种可无歧义区分的态的混合基，该方案实现了100%保真度的完整超密集编码，方法是牺牲50%的信息或丢弃33%的光子以确保确定性。

ABSTRACT

We discuss a scheme for a full superdense coding of entangled photon states employing only linear-optics elements. By using the mixed basis consisting of four states that are unambiguously distinguishable by a standard and polarizing beam splitters we can deterministically transfer four messages by manipulating just one of the two entangled photons. The sender achieves the determinism of the transfer either by giving up the control over 50% of sent messages (although known to her) or by discarding 33% of incoming photons.

研究动机与目标

• 开发一种仅使用线性光学元件的完全确定性超密集编码协议。
• 在不需非线性相互作用的情况下，利用单个纠缠光子对传输四个经典比特。
• 通过解决利用线性光学区分四种量子态的挑战，实现确定性通信。
• 通过减少被丢弃的光子数或未使用的消息数，最小化资源开销，同时保持确定性。

提出的方法

• 该协议使用一种由四种可通过标准和偏振分束器无歧义区分的量子态构成的混合基。
• 发送方仅通过操控纠缠光子对中的一个光子来编码四个信息之一。
• 通过丢弃33%的入射光子或放弃对50%信息的控制（尽管这些信息值对发送方是已知的）来实现确定性。
• 该方案依赖于如分束器和波片等线性光学元件来实现态制备和测量。
• 使用无歧义态分辨可确保在协议成功时消息解码无错误。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅使用线性光学元件实现确定性超密集编码？
• RQ2 在仅使用线性光学的条件下，实现确定性超密集编码所需的最低资源成本（以丢弃的光子数或未使用的信息数计）是多少？
• RQ3 能否仅使用线性光学和单个纠缠光子对可靠地编码和解码四个经典上不同的信息？
• RQ4 使用无歧义可区分的态如何提高基于线性光学的超密集编码的可靠性？

主要发现

• 该协议仅使用线性光学即实现了确定性超密集编码，消除了对非线性元件的需求。
• 该方案通过仅操控一个纠缠光子对中的光子，实现了四个经典信息的传输。
• 通过丢弃33%的入射光子或放弃对50%信息的控制来实现确定性，且这些信息对发送方是已知的。
• 使用由四种无歧义可区分态构成的混合基，可在协议成功时实现无错误的消息解码。