噪声环境下基于两体纠缠态的远程态制备

本文研究了量子噪声对分别以Einstein-Podolsky-Rosen （EPR）态和两体部分纠缠态作为量子信道来远程制备单比特态的量子过程的影响. 通过求解Lindblad形式的主方程,得到量子信道随时间的演化,采用迹距离来度量不同噪声情况下输出态与初态的接近程度. 研究表明,作用在z方向的噪声对远程态制备的影响最弱,而同时作用在x,y,z方向的噪声对远程态制备的影响最强. 关键词： 远程态制备 迹距离 纠缠态 噪声信道     

三量子比特纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger态和W态的量子线路实现

两个简单的量子线路被提出分别用来制备三量子比特Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态和W态。众所周知,任意的多量子比特门都可以由受控非门和单量子比特门复合而成。同样,我们发现三量子比特GHZ态和W态也可以由受控非门和单量子比特门来制备。因此,从量子计算的角度来看我们的方案十分重要。由于在整个过程只用到了单量子比特操作和双量子比特操作,所以我们的方案在实验中很容易实现。     

利用偶极封锁制备多粒子三维纠缠态

选择碱金属原子的三个稳定基态为qutrit,其里德堡态为辅助态,借助调节经典脉冲所实现的单量子比特操作和偶极封锁机制分别制备了两原子三维最大纠缠态和三原子三维最大纠缠态。     

多逻辑比特表面码结构设计及其逻辑CNOT门实现

量子计算因具有并行处理能力,相比于经典计算有着指数级的加速,但量子系统具有脆弱性,极易受到噪声的影响,量子纠错码是克服量子噪声的有效手段.量子表面码是一种拓扑稳定子码,由于其结构上的最近邻居特点和较高的容错阈值,表面码在大规模容错量子计算方面具有巨大的潜力.目前已有的基于边界的表面码均为编码一个逻辑比特的表面码,本文主要研究基于边界如何实现多逻辑量子比特的编码,包括设计表面码的结构,根据结构找出对应的稳定子和逻辑操作,进一步根据稳定子设计出基于稳定子实现的编码线路;在研究基于测量和纠正的单量子比特间CNOT实现原理和基于融合操作和分割操作的单逻辑量子比特表面码间CNOT门实现原理的基础上,优化了基于融合操作和分割操作的单逻辑量子比特表面码间CNOT门实现方案,将其扩展到所设计的多逻辑量子比特表面码上实现了多逻辑量子比特表面码之间的CNOT操作,并通过仿真验证量子线路的正确性.本文设计的多逻辑比特表面码克服了单比特表面码不能密铺于量子芯片的缺点且提高了某些逻辑操作的长度,提高了容错能力.基于联合测量的思想降低了对辅助比特的要求且减小了实现过程中对量子资源的需求.     

基于轨道角动量的多自由度W态纠缠系统

提出了一种制备三光子纠缠W态的方案, 该方案利用携带轨道角动量为lħ的光子(其中l可取(-∞, +∞)的任意整数)可构成无穷维向量空间的特性, 采用两种类型的参量下转换, 产生轨道角动量-自旋角动量纠缠的两对光子和一对偏振纠缠光子, 通过纠缠交换制备三光子多自由度的W态, 实现三光子体系纠缠的高维度、大容量量子信息处理. 方案采用q-plate相位光学器件和单模光纤等器件制备两个不同自由度(轨道角动量与偏振)混合的W态, 并利用计算机全息相位图改进方案制备三个不同自由度(轨道角动量、线动量和偏振)混合的W态. 本方案可稳定产生两种等概率互为对称的W态, 具有高维度、强纠缠特性与抗比特丢失能力, 信息量达log₂^m+2比特(m为l的可取值个数), 有望实现可扩容量子比特的安全通信.     

H型魔幻态的纯化研究

魔幻态是解决容错量子计算的通用性的有力工具,因而高保真度魔幻态的获得是可靠的容错量子计算的一个重要问题.本文对H型魔幻态的纯化方案进行了数值模拟.该纯化方案基于7比特Steane码.我们的数值模拟结果显示该纯化方案对输入态围绕H轴的出错有一定容忍度.有趣的是,在H型魔幻态理论纯化阈值面下,我们发现一些量子态可以通过反复纯化,最终以较高的保真度接近H型魔幻态.     

实现光子的远程量子操作

量子纠缠的非局域性质为量子信息应用提供了强有力的工具,利用量子纠缠态可以实现量子隐形传态、量子密集编码、量子密码、远程量子态制备、远程量子态测量.这里,我们将给出一个基于两粒子纠缠态的利用局域操作和经典通信的远程量子操作的实验方案.该方案可以实现对单光子偏振态在Bloch球空间中绕固定方向进行任意旋转操作,或者绕任意方向进行180度旋转操作.     

利用广义Bell态信道联合远程制备一个任意三量子比特态

研究了一个联合远程制备任意三量子比特态的方案。该方案利用广义的Bell态作为量子信道,两个发送者分别选择合适的测量基进行测量,然后利用经典信道把测量结果传送出去,接收者根据测量结果对自己手中的粒子采取适当的幺正操作,然后引入辅助粒子并进行选择性测量,就能概率性的得到想要制备的量子态。研究结果表明:利用不同形式的广义Bell态信道成功实现联合远程制备一个任意三量子比特态的概率是一样的,当量子信道处于最大纠缠态时,可以得到最大的成功概率。     

多光子激发相干态的Wigner函数

Wigner函数的负性是非经典量子态的重要判据之一.利用Fock态表象下Wigner函数的一般表达式,重构了相干态｜z〉的k光子激发态｜+k,z〉～a^－k｜z〉（k≥1）的Wigner函数,并根据其数值结果讨论了该量子态的非经典特性（这里a^－1为Bose湮没算符的逆算符,其作用相当于Bose产生算符）.结果表明,不论k取奇数还是偶数,相干态的这些k光子激发态都具有非经典特性;而且k的取值越大,这些量子态的非经典特性越明显. 关键词： 非经典量子态 激发相干态 Wigner函数 非经典特性     

通过四比特 态实现任意量子态的量子隐形传态方案

提出了一个将四比特|χ〉态作为量子通道实现任意单量子比特和两量子比特的量子态的隐形传送方案.该方案依赖于两个通信站点之间的纠缠.在这个方案里,我们给出了Alice的测量结果以及Bob进行的相应的幺正操作,计算结果表明,该隐形传送方案是完美的,也就是说它的成功概率可达到1.此外,该方案中用到的测量以及纠缠通道的制备在目前的技术下是完全可行的.因此,我们的方案有望在实验上实现.     

计算自旋-s算子幺正演化矩阵ds(t)的新方法及其应用

提出了一种严格求解任意自旋-s算子幺正演化矩阵的方法,该方法不同于群论的方法和直接计算的方法,是一种间接的算法.方法的核心是利用两个系统表示的等价性：即自旋-s算子Hamiltonian量H_s=S_x与Heisenberg XX开链带相互作用J_n=n(N-n)的Hamiltonian量的等价性,由于存在这种等价性,自旋-s算子幺正演化矩阵的计算可通过Heisenberg XX开链中态的演化来实现.采用该方法计算了s=3/2,s=2和s=5/2时对应的幺正演化矩阵.由于初始态|sm〉在算子e^-itS_x下的演化实质上相当于对态|sm〉进行一个绕x轴转角为β＝t的转动,演化矩阵元d^s_m'm(t)=〈sm′|e^-itS_x|sm〉就是转动后的态e^-itS_x|sm〉在|sm′〉态上的投影值,所以在t＝π时刻的演化矩阵刚好对应Heisenberg XX开链上量子态的理想传输. 关键词： s算子')" href="#">自旋-s算子 幺正演化矩阵 量子态传输     

色散方程的一类具任意稳定性的显格式

本文对色散方程u_r=au_xxx构造了一类中间层包含四个结点,带两个参数m和θ的三层显式差分格式。当m和θ满足一定的关系时,其稳定性条件为|γ|≤(m+1)/(4(m-1))(|m|>1),从而当取m充分接近1时,可得到任意大的稳定性条件,并且保持截断误差阶不变。数值例子验证了理论分析的结果。     

相位角对容性耦合电非对称放电特性的影响

电非对称效应作为一种新兴技术,被广泛用于对离子能量和离子通量的独立调控.此外,在改善等离子体的径向均匀性方面,电非对称效应也发挥了重要作用.本文采用二维流体力学模型,并耦合麦克斯韦方程组,系统地研究了容性耦合氢等离子体中当放电由多谐波叠加驱动时,不同谐波阶数k下的电非对称效应,重点观察了相位角θ_n对自偏压以及等离子体径向均匀性的影响.模拟结果表明：在同一谐波阶数下,自偏压随相位角θ_n的变化趋势不尽相同,且当k增大（k>3）时,自偏压随最高频相位角θ_k的变化范围逐渐减小.此外,通过调节相位角θ_n,可以改变轴向功率密度和径向功率密度的相对关系,进而实现对等离子体径向均匀性的调节.研究结果对于利用电非对称效应优化等离子体工艺过程具有一定的指导意义.     

Universal quantum circuit evaluation on encrypted data using probabilistic quantum homomorphic encryption scheme

Homomorphic encryption has giant advantages in the protection of privacy information. In this paper, we present a new kind of probabilistic quantum homomorphic encryption scheme for the universal quantum circuit evaluation. Firstly,the pre-shared non-maximally entangled states are utilized as auxiliary resources, which lower the requirements of the quantum channel, to correct the errors in non-Clifford gate evaluation. By using the set synthesized by Clifford gates and T gates, it is feasible to perform the arbitrary quantum computation on the encrypted data. Secondly, our scheme is different from the previous scheme described by the quantum homomorphic encryption algorithm. From the perspective of application, a two-party probabilistic quantum homomorphic encryption scheme is proposed. It is clear what the computation and operation that the client and the server need to perform respectively, as well as the permission to access the data. Finally, the security of probabilistic quantum homomorphic encryption scheme is analyzed in detail. It demonstrates that the scheme has favorable security in three aspects, including privacy data, evaluated data and encryption and decryption keys.     

Effects of collision energy and rotational quantum number on stereodynamics of the reactions:H(~2S)+NH(v=0,j=0,2,5,10)→N(~4S)+H_2

The stereodynamical properties of H(~2S) + NH(v = 0,j = 0,2,5,10)→N(~4S) + H_2 reactions are studied in this paper by using the quasi-classical trajectory(QCT) method with different collision energies on the double many-body expansion(DMBE) potential energy surface(PES)(Poveda L A and Varandas A J C 2005 Phys.Chem.Chem.Phys.7 2867).In a range of collision energy from 2 to 20 kcal/mol,the vibrational rotational quantum numbers of the NH molecules are specifically investigated on v = 0 and j = 0,2,5,10 respectively.The distributions of P(θ_r),P(φ_r),P(θ_r,φ_r),(2π/σ)(dσ_(00)/dω_t)differential cross-section(DCSs) and integral cross-sections(ICSs) are calculated.The ICSs,computed for collision energies from 2 kcal/mol to 20 kcal/mol,for the ground state are in good agreement with the cited data.The results show that the reagent rotational quantum number and initial collision energy both have a significant effect on the distributions of the k-j',the k-k'-j',and the k-k' correlations.In addition,the DCS is found to be susceptible to collision energy,but it is not significantly affected by the rotational excitation of reagent.     

负磁剪切等离子体中离子温度梯度驱动不稳定性分析

采用打靶法,数值求解了在负磁剪切托卡马克等离子体中离子温度梯度驱动的复本征模方程.数值计算表明,环向旋转剪切流可以整体上改变剪切板η_i不稳定性.在等离子体极小q磁面附近的芯部区域,环向剪切流有稳定η_i模的作用.     

“Missing moment” and perturbative methods for polynomial iterated function systems

An iterated function system (IFS) over a compact metric space X is defined by a set of contractive maps w_i: X → X, i = 1,…,N, with associated nonzero probabilities p_i > 0, p_i = 1. The “parallel” action of the maps defines a unique compact invariant attractor set A X which supports an invariant measure μ and which is balanced with respect to the p_i. For linear , the invariance of μ yields a relation between the moments g_n = ∫ χⁿ dμ which permits their recursive computation from the initial value g₀ = 1. For nonlinear w_i, however, the moment relations are incomplete and do not permit a recursive computation. This paper describes two methods of obtaining accurate estimates of the moments when the IFS maps w_i are polynomials: (i) application of the necessary Hausdorff conditions on the g_i to obtain convergent upper and lower bounds and (ii) a perturbation expansion approach. The methods are applied to some model problems.     

部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论, 研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时, 不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律. 研究表明, 部分相干径向偏振光束在自由空间中传输, 不同参考点处, 复相干度模值随距离的变化规律有所差别. 当参考点位于原点时, 随着传输距离增大, μ_xx模值及μ_xy模值分布形式不变, 分布范围增大; 当参考点位于x轴上时, μ_xx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化, μ_xy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关, 参考点距离x轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于y轴时, 随着距离增大, μ_xx模值分布形式不变, 分布范围增大, μ_xy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关, 参考点距y轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于其他位置时(非特殊位置), μ_xx模值及μ_xy 模值分布规律, 遵从各自参考点在x轴, y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时, μ_xx模值及μ_xy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.     

多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法及其应用

将Fick扩散定律的Fourier三角级数算法推广成多孔材料分形扩散模型的Fourier-Bessel级数算法,并把它应用于化学工程中吸附问题涉及的浓度分布与相对吸附量的计算中,取得一些规律性认识.由于分形扩散模型是在Fick扩散定律的基础上增加了表征微观结构的参数d_f和θ,研究多孔材料中的浓度分布与相对吸附量时,与Fick扩散定律的研究结果相比,定性上基本一致,在定量上有差别,d_f和θ对扩散传质过程的影响各有侧重,用它们可更好地描述多孔材料中的扩散过程.     

Super-resolution and super-sensitivity of entangled squeezed vacuum state using optimal detection strategy

Interference metrology is a method for achieving high precision detection by phase estimation. The phase sensitivity of a traditional interferometer is subject to the standard quantum limit, while its resolution is constrained by the Rayleigh diffraction limit. The resolution and sensitivity of phase measurement can be enhanced by using quantum metrology. We propose a quantum interference metrology scheme using the entangled squeezed vacuum state, which is obtained using the magic beam splitter, expressed as |ψ〉=(|ξ〉|0〉+|0〉|ξ〉)/(2+2/coshr)~(1/2), such as the N00 N state. We derive the phase sensitivity and the resolution of the system with Z detection, project detection, and parity detection. By simulation and analysis, we determine that parity detection is an optimal detection method, which can break through the Rayleigh diffraction limit and the standard quantum limit.