前言


量子信息學可以看作是量子力學、信息理論和計算科學相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學科。它一方面在理論上為很多基礎(chǔ)物理學問題提供了更深刻的理解，另一方面也逐漸在技術(shù)上對我們理解和發(fā)展物理世界帶來了革命性步。由量子信息學中發(fā)展起來的量子通信、量子計算和量子精密測量可以為我們提供更加的新型通訊方式、速度更快的數(shù)據(jù)運算能力和精度更高的參數(shù)測量技術(shù)。在眾多的量子信息處理任務(wù)中，量子糾纏作為一種特殊的物理資源常常起到至關(guān)重要的作用。量子糾纏是復(fù)合量子系統(tǒng)中各部分之間一種奇妙的非局域關(guān)聯(lián)，它不能由系統(tǒng)各分離部分的局域操作或各部分之間的經(jīng)典通訊產(chǎn)生。因此，量子糾纏可以被用來很好地表征和量化系統(tǒng)的量子特性年來，研究者們在不斷探索利用不同的物理體系實現(xiàn)量子信息處理任務(wù)，已經(jīng)取得了很大展。從光學系統(tǒng)、腔量子電動力學、囚禁離子體系發(fā)展到固態(tài)量子點、金剛石氮空位中心、超導(dǎo)量子體系等物理模型。但是到目前為止，科學家們還不能確定哪一類物理體系是終實現(xiàn)量子信息處理理想的候選者�；蛟S，結(jié)合多種量子體系的優(yōu)勢來構(gòu)造混合體系的物理裝置將是突破設(shè)計瓶頸的一種新思路。作者多年來一直致力于利用腔量子電動力學系統(tǒng)和金剛石中的氮空位中心體系來研究量子糾纏制備和應(yīng)用的工作，十幾年的學習所獲和研究成果成為本書的內(nèi)容支撐。全書共有六章：章主要介紹了量子信息學的基本原理和發(fā)展背景，量子糾纏的基礎(chǔ)概念、代表性糾纏態(tài)的形式及其在量子通信理論中的應(yīng)用。第二章介紹本書涉及的物理模型——腔輔助相互作用系統(tǒng)，通過對腔輸入輸出過程的推導(dǎo)，展示腔內(nèi)量子比特和光量子比特之間的相互作用效果；第三章闡述基于原子和量子化腔場耦合系統(tǒng)實現(xiàn)一類原子糾纏態(tài)制備的方案；第四章詳細介紹了在金剛石氮空位中心體系中光子糾纏態(tài)和自旋糾纏態(tài)的制備方案，并且設(shè)計了通用量子門的構(gòu)建過程和應(yīng)用示例。第五章和第六章分別針對純態(tài)糾纏態(tài)和混合態(tài)糾纏態(tài)探索了糾纏度直接測量的理論方案，并對方案的度和實驗可行性給出了系統(tǒng)分析。本書完成過程中，得到了山西工程技術(shù)學院劉阿鵬老師的意見和幫助，山西師范大學物理與信息工程學院研究生鄭黎娜為書稿的校對做出了積極的貢獻，在此對他們表示衷心的感謝。本含的部分研究內(nèi)容得到了國家自然科學項目（編號：61801280）和山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目（編號：201801D221015）的資助，在此一并表示感謝。


由于作者有限，并且量子糾纏的理論和應(yīng)用也在不斷的發(fā)展之中，本書所呈現(xiàn)的內(nèi)容難免有疏漏或者不當?shù)牡胤剑瑧┱堊x者批評、指正。