高保真度量子门的物理实现是量子计算和量子通信的关键技术之一。根据电路量子声动力学和量子电动力学，提出了由两个具有较长相干时间的超导transmon qubit和一个具有高机械品质因数的薄膜体声波谐振器组成的量子门方案，体声波谐振器起到类似微波光子通道的作用，使两个transmon qubit之间实现量子态交互。该文先用Butterworth van Dyke模型分析体声波谐振器在方案中的等效电路，构建系统的量子化哈密顿量，再用二能级原子 声子混合量子态形式编码系统的量子态，通过调节外磁场来调控系统的输入态，系统的输出态可通过测量模块得到。在Jaynes Cummings模型下，该系统能完成具有高保真度的量子相位交换(iSWAP)门操作。

提出一种通过光学隧穿效应调控Goos-H?nchen位移实现相位可控的保偏方案。首先研究在角锥棱镜反射面外侧镀上两层介质膜(膜1和膜2);然后使用粒子群优化(PSO)算法优化介质膜的折射率和厚度,使入射光在角锥棱镜-膜1界面上发生全内反射,倏逝波经由膜2返回角锥棱镜,利用反射光束与倏逝波的叠加效应改变传播光束的相位进而实现保偏;最后,利用COMSOL Multiphysics软件仿真镀膜角锥棱镜的保偏效果。结果表明,当线偏振光的初始入射方位角在[-40°,40°]范围时,所设计的角锥模型具有较好的偏振效果,出射光的方位角和椭圆率分别变化约0.2°和0。

为解决角锥棱镜失偏效应，提出一种外加晶片的椭圆偏振光纠偏方案。总结角锥实棱倾斜时的修正公式，同时建立角锥在顺、逆时针反射次序下的纠偏模型。分析该模型表明利用两个半波片和一个延迟片可以使角锥的入/出射偏振态保持不变。根据上述模型，用1 064 nm波长的激光器，对实棱线竖直摆放的BK7玻璃角锥进行顺、逆时针纠偏实验。光波矢与水平方向的夹角在90°至0°之间变化，以获得不同的线偏振态，经纠偏后最大失偏椭圆率绝对值从35°纠正为5°。对于近圆偏振光，经纠偏后椭圆率从44°下降到40°。

角锥棱镜的偏振特性会产生退偏效应影响免调试固体激光器的输出质量和效率, 也可以实现相干互注入用于激光合成领域。无论是光的合成还是退偏效应的消除, 都需要有精确的偏振特性数据。利用解析几何和光线追迹法从理论上推导出角锥六种光回路的Mueller偏振变换矩阵。为了提高测量精度和稳定性, 设计了一种动态检测Stokes参量的方法, 通过实验获得角锥棱镜六种传输光路的高精度数据, 实验与理论的误差率为4.470%, 误差在合理范围内, 可以确定其偏振特性。所做研究将有助于消除角锥棱镜的退偏效应, 提高免调试固体激光器等设备的性能, 提高激光合成效率和质量。

为了将功能强大的神经网络应用到连续变量量子信息处理中,需要建立连续变量的量子 神经网络(QNN)模型。以相干态量子逻辑门为基元,基于QNN原理构建了由输入层、隐藏层和输出 层组成的量子线路,实现了连续变量相干态量子神经网络(CSQNN)功能。模型通过多控CNOT门 实现量子态操作,利用相位旋转门完成网络参数的学习训练。仿真结果表明在CSQNN辅助下,阻 尼系数为0.5的振幅阻尼信道的量子隐形传态保真度显著提高,趋近1, 说明提出的CSQNN模型能 有效处理连续变量量子信息。

设计了一种三波片型偏振态发生器(PSG)，分析PSG的结构特点，导出了Stokes参量的变换关系。基于禁忌搜索(Tabu Search，TS)算法原理，提出了一种既能实现偏振态的快速变换又能降低晶体两端电压的控制算法。仿真结果表明，采用该控制算法，PSG能够将输入的线偏光转换为任意偏振光，绝对精度可达0.07%。如果把Stokes参量S₂和S₃限定在Poincare球的特定区域内，通过该控制算法可产生所需的偏振态并保证控制电压大小在120 V以内。最后，通过实验验证该算法能够满足单光束连续变量相干光通信编码的需要。

基于LiNbO3晶体的一次电光效应，设计构造了三波片结构的延迟量控制型偏振控制器。提出将该偏振控制器作为偏振态发生器，用于连续变量量子保密通信，实现偏振态的快速转换。并提出在通信系统中，用单束信号光作为载波，以两个正交的Stokes分量作为可观测和编码控制的物理量的通信方案，分析了该方案的实现原理。构造了改进的模拟退火算法来完成偏振态快速转换的最优路径搜索，搜索步长设定为电压值小于2.5V的随机值，不仅能保证外加控制电压的渐变性和实际硬件电路的实现，还能消除器件构造瑕疵的影响。通过控制过程仿真，验证了该方案的可行性。提出用数字信号处理器(DSP)控制偏振态转换过程，进而实现高速信息编码的电路设计方案。