量子Generalized Reed-Solomon码

构造出了一族量子纠错码，这族码具有参数［［n，n-2k，k+1］］_q，是q维量子系统上的码，q是任意素数的幂.这族码的最小距离达到了理论上限，因此，以码距来说，它是最优的.证明了当2≤n≤q或者q²-q+2≤n≤q²时，码都是存在的.     

量子信息掩蔽

量子信息掩蔽是量子信息处理中的一个新兴概念,它将量子信息完全转移至各个量子实体的关联之中,从而使单个量子系统不再包含掩蔽前的任何信息。量子信息掩蔽在量子比特承诺、秘密共享等方面都具有重要的应用;然而与量子态的克隆、广播、隐藏等操作类似,人们无法使用一个普适的两体幺正演化来实现量子信息的掩蔽。本文系统地介绍近期量子信息掩蔽方向的一系列研究进展：首先描述了可实现量子信息掩蔽态集合的几何特征,给出掩蔽操作的实现方法,讨论了其在信息论中的含义以及与量子纠错码等概念的联系;然后介绍量子信息掩蔽的实验实现,展现量子信息掩蔽在高维体系等复杂系统中的可行性,并展示其在量子秘密共享和噪声免疫的量子通信等方面的应用。     

奇特的量子效应——量子纠缠

 量子力学从1925年诞生以来,经过大量的实验检验和理论发展,肯定了它的正确性。量子力学与信息技术的结合也是必然的。当今,信息科学在推动社会文明进步和提高人类生活质量方面发挥着越来越重要的作用。     

Quantum entanglement and quantum nonlocality for N-photon entangled states

Quantum entanglement and quantum nonlocality of N-photon entangled states |\psi_{N m}\rangle =C_m[\cos\gamma|N-m\rangle₁|m\rangle₂ +\e^{\i\θ_m}\sin\gamma|m\rangle₁|N-m\rangle₂] and their superpositions are studied. We point out that the relative phase θ_m affects the quantum nonlocality but not the quantum entanglement for the state |\psi_{N m}\rangle. We show that quantum nonlocality can be controlled and manipulated by adjusting the state parameters of |\psi_{N m}\rangle, superposition coefficients, and the azimuthal angles of the Bell operator. We also show that the violation of the Bell inequality can reach its maximal value under certain conditions. It is found that quantum superpositions based on |\psi_{N m}\rangle can increase the amount of entanglement, and give more ways to reach the maximal violation of the Bell inequality.     

量子信息科学在中国科学技术大学的兴起和发展

文章介绍了中国科学技术大学的量子信息科学研究是如何兴起和发展的;着重介绍了在量子信息的基础理论、量子密码、量子纠缠、量子隐形传态、量子处理器和量子信息的应用等方面所取得的研究成果.     

LA声子对激子qubit纯退相干的影响

在一个抛物量子点中,以激子的真空态和基态作为量子比特(qubit),采用求密度矩阵元的方法,计算了由形变势下声学声子引发的激子量子比特纯退相干.找到了激子量子比特纯退相干因子对时间、温度和量子点受限长度的依赖关系.研究发现,激子量子比特的退相干因子在2.5ps的时间范围内随时间的增加而迅速增加,其纯退相干时间在ps量级;在温度即使为绝对温度0K时由LA声子引发的退相干依然存在,在温度大于3K后退相干因子随温度的增大而开始迅速增大;并同时发现量子点受限长度对退相干因子有重要影响,激子越受限退相干越快.研究结果表明,对激子量子比特使用适当大小量子点,且保持环境低温,并采用低能超快光学操作可以有效地抑制声子对激子量子比特纯退相干的影响. 关键词： 量子点 量子信息 量子比特     

量子信息科技的发展现状与展望

20世纪初,以原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术发明为标志性成果的第一次量子革命,促进了物质文明的巨大进步,从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌.自20世纪90年代以来,量子调控技术的巨大进步,使得以量子信息科学为代表的量子科技突飞猛进,标志着第二次量子革命的兴起.量子信息科技包括量子通信、量子计算、量子精密测量等方面,为保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等提供了革命性解决方案,可为国家安全和国民经济高质量发展提供关键支撑.经过近30年的发展,我国在量子信息科技领域整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃,在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位;在量子计算方面牢固占据国际第一方阵;在量子精密测量的多个方向进入国际领先或先进水平.当前,需要根据国家战略需求和国际竞争态势,做好未来5—10年我国在量子信息领域的发展重点研判,率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技术体系.     

量子关联简介

量子纠缠作为一种非局域的关联,是一种重要的资源而被广泛应用于量子信息处理。然而,最近的研究结果发现,可分态中也可以存在非经典的关联,量子纠缠只是量子关联的一部分;非纠缠的量子关联在一些量子通信和量子计算任务中扮演着重要的角色。文章简要综述了量子关联的基本概念,描述了几种常见的量子关联度量,并介绍了量子关联在量子信息处理中的作用以及一些最新动态。     

从量子理论到量子信息研究

 在当代自然科学的发展中,以量子力学为代表的基本物理学理论不仅在认识客观物质世界方面发挥了根本性作用,而且导致了一系列重大的高新技术变革,深刻地影响了人类社会的物质生活,如激光的发明和半导体的应用。     

Excitons in quantum—dot quantum—well nanoparticles

A variational calculation is presented for the ground-state properties of excitons confined in spherical core-shell quantum-dot quantum-well (QDQW) nanoparticles. The relationship between the exciton states and structure parameters of QDQW nanoparticles is investigated, in which both the heavy-hole and the light-hole exciton states are considered. The results show that the confinement energies of the electron and hole states and the exciton binding energies depend sensitively on the well width and core radius of the QDQW structure. A detailed comparison between the heavy-hole and light-hole exciton states is given. Excellent agreement is found between experimental results and our calculated 1s_e－1s_h transition energies.     

清华物理系量子信息研究的新进展

在清华大学物理系成立60周年之际,我们对近年来清华大学物理系量子信息研究的主要进展情况作一介绍,包括量子搜索算法研究,核磁共振量子计算的实验研究,量子通讯的理论与实验研究.在量子搜索算法研究方面,我们提出了量子搜索算法的相位匹配,纠正了当时的一种错误观点,并且提出了一种成功率为100%的量子搜索算法,改进了Grover算法;在核磁共振量子计算实验方面,我们实现了2到7个量子比特的多种量子算法的实验演示;在量子通讯方面,我们提出了分布式传输的量子通讯的思想,应用于量子密钥分配、量子秘密共享、量子直接安全通讯等方面,构造了多个量子通讯的理论方案.在实验室,我们实现了2米距离的空间量子密码通讯的演示实验.     

量子环中量子比特的声子效应

在量子环中电子与体纵光学声子强耦合的情况下,通过求解能量本征方程,得出了电子的基态和第一激发态的本征能量及其波函数,进而以电子-声子系的基态与第一激发态构造了一个量子比特.数值计算结果表明量子比特内电子的空间概率密度分布随时间和空间角坐标作周期性振荡,且振荡周期随耦合强度的增大而减小,说明声子将导致量子比特相干性降低;还表明振荡周期随量子环内径（或外径）的增大而增大,因此适当改变量子环的尺度,可以提高量子比特的相干性. 关键词： 量子环 量子信息 量子比特     

基于量子Fisher信息的量子计量进展

量子计量是超冷原子气体研究中的一个热点领域.超冷原子体系独特的量子性质(量子纠缠)和量子效应有助于大幅度提高待测物理量的测量精度,这已经成为量子精密测量中的共识.量子Fisher信息对该领域的发展起了非常重要的作用.本文首先介绍量子Fisher信息的基本概念和量子计量的主要内容;然后简要回顾这些理论在提高测量精度方面的应用,特别是多粒子量子纠缠态的产生及其判定;再介绍线性和非线性原子干涉仪的相关进展;最后论述量子测量过程中的统计方法的研究进展.     

量子环中量子比特内的电子概率密度分布

通过较精确地求解能量本征方程获得量子环中量子比特内的电子概率密度分布。对InAs量子环的数值计算表明:电子概率密度分布与电子的坐标(半径、高度,角度)及时间有关。当其中三个变量给定时,电子概率密度随另一个变量的变化规律分别为:随半径的增大做非周期性振荡;随高度的变化而变化,在半高处出现的概率最大;随角度作周期变化,在角度等于π处出现的概率最大;随时间作周期性振荡。     

有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应

采用Peaker变分法,研究了在有限深势阱下抛物量子线量子比特及其声子效应。量子线中这样的二能级体系可作为一个量子比特。当量子线中电子处于基态和第一激发态的叠加态时,电子的概率密度|ψ01(t,x,y,0)|2随着势阱宽度的增加而减小;电子的振荡周期T0随耦合强度α的增大而减小;振荡周期T0随受限长度l0的增加而增加。     

超导量子计算系统中的容错技术

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统为例,首先介绍了四种实现容错错误症状测量的思路;以此为基础,讨论了实现容错量子计算的三个关键阶段以及各阶段所面临的挑战,包括超越盈亏平衡点、达到容错阈值和实现完备逻辑门操作。为了实现这些目标,将按照连通性从低到高归纳三种可能的拓展系统规模的方案。此外,还总结了实验上纠错技术的进展以及对连通性的探索,最后讨论当前关键的研究问题。     

核磁共振中的量子控制

近年来, 随着量子信息科学的发展, 对由量子力学原理描述的微观世界的主动调控已成为重要的前沿研究领域. 为构造实际的量子信息处理器, 一个关键的挑战是: 如何对处于噪声环境下的量子体系实现一系列高精度的任意操作, 以完成目标量子信息处理任务. 为此, 人们将经典系统控制论的思想方法延伸到量子体系的领域, 提出了大量的量子控制方法以及相关的数值技术(如量子优化控制、量子反馈控制等), 并取得了丰富的研究成果. 核磁共振自旋体系具备成熟的系统理论和操控技术, 为量子控制方法的实用性研究提供了优秀的实验测试平台. 因此, 基于核磁共振的量子控制成为量子控制领域的重要方向. 本文简要介绍了量子控制的基本概念和方法; 从系统控制论的角度对核磁共振自旋体系的基本原理和重要控制任务做了阐述; 介绍了近些年来在该领域发展的相关控制方法及其应用; 对基于核磁共振体系的量子控制的进一步的研究做了几点展望.     

量子逻辑网络的核磁共振实现

利用相位相反技术,设计出了实现精确的CN门的脉冲序列;构造了三量子位的双重控制相位旋转门（CCS门）,它是将核磁共振(NMR)实现Grover量子算法从二量子位推广到三量子位的关键逻辑门,而且,依此方法,可以用NMR实现N量子位的Grover量子算法;还给出了量子Toffoli门以及量子态的各种对称操作的逻辑部件。所有这些逻辑操作都是构建量子态工程的工具。文中大部分脉冲序列己经在实验中得到验证,这些结果对于量子计算的理论研究和实验实现都具有现实意义。     

Generation of unconventional geometric phase gates in ion trap-optical cavity system by squeezed operators

Based on squeezed operators this paper has implemented an ideal unconventional geometric quantum gate (GQG) in ion trap-optical cavity system by radiating the trapped ions with the cavity field of frequency w_c and an external laser field of frequency w_L. It can ensure that the gate time is shorter than the coherence time for qubits and the decay time of the optical cavity by appropriately tuning the ionic transition frequency w₀, the frequencies of the cavity mode w_c and the vibrational mode ν. It has also realized the unconventional GQG under the influence of the cavity decay based on the squeezed-like operators and found that the present scheme works well for the smaller cavity decay by investigating the corresponding fidelity and success probability.     

S=1旋量Bose-Einstein凝聚中制备双模最大纠缠态方案

在旋量Bose-Einstein凝聚体(BEC)中引入量子Zeno子空间,将系统由3个自由度简化到2个自由度,给出了在S=1的反铁磁旋量BEC中制备双模最大纠缠态的方案.通过计算未简化系统中粒子数随时间的演化,证明了引入量子Zeno子空间简化系统的准确性.