摘要
量子纠缠是验证量子基本性质和完成多种量子信息任务的重要资源，如量子密钥分发、量子隐形传态、量子密集编码和量子安全直接通信等等。众所周知，诸多量子信息任务的完成依赖于量子纠缠态，但是量子纠缠态不可避免与环境发生相互作用，导致纠缠往往是非常脆弱的。团簇态作为一种特殊的量子纠缠态，即使它的一个量子比特与环境相互作用，甚至相互作用后丢失，也会表现出极好的鲁棒性，因此团簇态在量子通信和量子计算中具有潜在的利用价值。由于团簇态在制备、传输和存储过程中会受到环境中噪声的干扰，科研人员往往得到的不是最大纠缠团簇态而是带有未知系数的非最大纠缠团簇态。相比于非最大纠缠态，最大纠缠态是完成大部分量子信息处理任务的最佳选择，科研人员可以采用纠缠浓缩的方法将非最大纠缠态转化为最大纠缠态。在纠缠浓缩过程中为了获得更高的成功概率，可以通过分级浓缩的方法将丢弃的非最大纠缠态转化为最大纠缠态。 由于光子与光子之间微小的相互作用会抑制团簇态的产生，量子点和微腔耦合系统是实现非线性相互作用最有前途的选择之一。它不仅能够实现光子与光子之间、电子自旋与电子自旋之间的相互作用，而且能够实现光子与电子自旋之间的相互作用。量子点和微腔耦合系统的优点在于电子自旋相干时间较长，且延展性强、易于操作，所以它可以长期储存量子信息，是一种能够高效率地辅助完成多种量子信息任务的光学系统。 在本论文中，基于量子点和微腔耦合系统，我们实现了四光子团簇态的制备和纠缠浓缩。论文第一章介绍了量子信息科学的发展、本文的研究背景。论文第二章介绍了有关于量子纠缠态、量子光学元件、量子逻辑门、量子点和微腔耦合系统的基础知识。论文第三章提出两种不同四光子团簇态的制备方案。论文第四章提出了未知系数团簇态的纠缠浓缩协议，可以通过分级浓缩的方法获得更高的成功概率。
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