Applied Research of Quantum Information Based on Linear Optics

این پایان نامه در مورد کارهای برجسته در دو حوزه اصلی علم اطلاعات کوانتومی گزارش می دهد: یکی شامل مسئله اندازه گیری کوانتومی و دیگری مربوط به شبیه سازی کوانتومی است. این پایان نامه استفاده از یک تداخل سنج جابجا شده مبتنی بر پلاریزاسیون را برای دستیابی به اندازه گیری فروپاشی جزئی و معکوس کردن آن پیشنهاد می کند و اولین تأیید آزمایشی غیرمکانی بودن اندازه گیری فروپاشی جزئی و معکوس شدن آن را ارائه می دهد. همه آزمایش‌ها در سیستم نوری خطی، یکی از اولین سیستم‌های آزمایشی برای استفاده از ارتباطات کوانتومی و پردازش اطلاعات کوانتومی انجام می‌شوند. این پایان نامه استدلال می کند که اندازه گیری کوانتومی می تواند بازیابی درهم تنیدگی کوانتومی را به همراه داشته باشد، که با استفاده از آزادی فرکانس برای شبیه سازی محیط نشان داده می شود. بر اساس نظریه اندازه گیری ضعیف، نویسنده پیشنهاد می کند که از نور سفید می توان برای تخمین دقیق فاز استفاده کرد و به طور موثر نشان می دهد که بخش خیالی مقدار ضعیف را می توان با استفاده از تکامل اندازه گیری ضعیف معرفی کرد. در نهایت، یک تداخل سنج جابجا شده مبتنی بر پلاریزاسیون نه مرتبه از نوع ساگناک که از اپتیک حجیم استفاده می کند، برای انجام شبیه سازی کوانتومی تکامل Landau-Zener ساخته شده است و با تنظیم سیستم Hamiltonian، اولین آزمایش برای تحقیق در مورد مکانیسم Kibble-Zurek در غیر از فرآیندهای سینتیک تعادلی در سیستم نوری خطی انجام می‌شود.

This thesis reports on outstanding work in two main subfields of quantum information science: one involves the quantum measurement problem, and the other concerns quantum simulation. The thesis proposes using a polarization-based displaced Sagnac-type interferometer to achieve partial collapse measurement and its reversal, and presents the first experimental verification of the nonlocality of the partial collapse measurement and its reversal. All of the experiments are carried out in the linear optical system, one of the earliest experimental systems to employ quantum communication and quantum information processing. The thesis argues that quantum measurement can yield quantum entanglement recovery, which is demonstrated by using the frequency freedom to simulate the environment. Based on the weak measurement theory, the author proposes that white light can be used to precisely estimate phase, and effectively demonstrates that the imaginary part of the weak value can be introduced by means of weak measurement evolution. Lastly, a nine-order polarization-based displaced Sagnac-type interferometer employing bulk optics is constructed to perform quantum simulation of the Landau-Zener evolution, and by tuning the system Hamiltonian, the first experiment to research the Kibble-Zurek mechanism in non-equilibrium kinetics processes is carried out in the linear optical system.