基于光场量子态的连续变量量子信息处理

连续变量量子信息是量子信息科学研究的一个重要内容。基于光学模的连续变量量子信息处理,以光场量子态为量子资源,结合各种量子操控手段,完成信息的传输和处理。本文简要介绍用于连续变量量子信息处理的光量子态的概念、制备方法和操控手段,以及连续变量量子通信、量子计算和量子纠错方面的研究进展和发展趋势。     

连续变量多组分纠缠态光场及其在量子计算中的应用

在发展基于单光子的量子信息系统的同时,以光场正交分量为基础的连续变量量子信息科学也在蓬勃发展,多组分纠缠态光场是研究连续变量量子计算的基本资源.文章简要介绍了连续变量多组分纠缠态光场的概念和制备方法,以及连续变量量子计算的基本模型和实验研究进展.     

连续变量量子通信中的高斯调制

在连续变量量子通信,特别在连续变量量子保密通信中,高斯信源是一个重要的组成部分,它与通信系统的效率、安全性等核心问题有着紧密的联系.利用Shannon信息理论模型,本文研究了高斯信源对量子通信信道容量、量子保密通信安全性等问题的影响,给出了这些重要参数对高斯信源参数的依赖性,并给出了量子保密通信系统的安全性条件.在此基础上提出了一种高斯调制的实验实现方案,利用FPGA成功实现了连续变量量子信号的高斯调制.     

连续变量量子密码术

文章综述了连续变量量子密码术的基本原理，突出了其在光源制备、光子探测以及量子密钥生成的码率等办面相对于单光子量子密码术的优越性，给出了连续变量量子密码术的安全性以及对线路噪声的具体要求，提出了连续变量量子密码术目前所面临的主要困难和今后的发展前景。     

多量子比特核磁共振体系的实验操控技术

随着量子信息与量子计算科学的发展,量子信息处理器被广泛地用于量子计算、量子模拟、量子度量等方面的研究.为了能在实验上实现这些日益复杂的方案,将量子计算机的潜能转化成现实,需要不断提高可操控的量子体系比特位数,实现更复杂的量子操控.核磁共振自旋体系作为一个优秀的量子实验测试平台,提供了丰富而又精密的量子操控手段.近几年来在此平台上进行了不少的多量子比特实验,发展并积累了一系列的多量子比特实验技术.本文首先阐述了核磁共振体系多量子比特实验中的实验困难,然后结合7量子比特标记赝纯态制备以及其他有关实验,对多比特实验过程中应用到的实验技术进行介绍.最后对核磁共振体系多量子比特实验技术方向的进一步研究进行了总结和展望.     

基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议

基于量子远程通信的原理, 本文借助双模压缩真空态和相干态, 提出一种连续变量量子确定性密钥分配协议. 在利用零差探测法的情况下协议的传输效率达到了100%. 从信息论的角度分析了协议的安全性, 结果表明该协议可以安全传送预先确定的密钥. 在密钥管理中, 量子确定性密钥分配协议具有量子随机性密钥分配协议不可替代的重要地位和作用. 与离散变量量子确定性密钥分配协议相比, 该协议分发密钥的速率和效率更高, 又协议中用到的连续变量量子态易于产生和操控、适于远距离传输, 因此该协议更具有实际意义.     

2006-2007年度(首届)谢希德物理奖获奖者介绍

获奖人：谢常德（山西大学光电研究所） 谢常德教授长期从事光学方面的研究和教学工作，在量子光学研究领域作出了重要贡献，在连续变量量子信息等研究领域取得重要成果，由她主持的国家重点基金项目“连续变量量子通讯实验研究”，以具有原创性的方案，利用连续变量量子纠缠实现了无条件量子保密通信，受控密集编码量子通信及量子纠缠交换等，     

零知识证明的量子身份认证协议

零知识证明的量子身份认证是由一个绝对公正的第三方CA主持的协议.协议的实现是基于远程态制备,量子辅助克隆的量子操控手段.在认证过程中,只有CA知道量子身份证的信息,认证参与方Alice和Bob在不知道量子身份证的信息的基础上可完成认证工作.提出了如何提高认证成功概率的方法.协议由量子力学原理保证,有绝对的安全性. 关键词： 量子身份认证 零知识证明 远程态制备 量子态辅助克隆     

连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.     

最子信息讲座续讲第五讲 关于连续变量的量子隐形传态

介绍了通过双模压缩真空态实现连续变量量子隐形传态的方法,并探讨了这一工作的重要意义及其相对于分离变量量子隐形传态的优越性。     

隐形传送单光子数态保真度的优化

基于Braunstein与Kimble的连续变量量子隐形传态方案,利用双模压缩真空态作为纠缠通道,通过调节输出端位移因子可以优化单光子数态量子隐形传态的保真度。     

连续变量多模压缩态光场

连续变量压缩态光场的制备在量子光学和量子信息科学领域具有重要的地位,连续变量多模压缩态光场在多维量子信息传输、量子计算以及高精细度测量等方面存在着潜力巨大的应用前景。本文介绍了该方面的研究现状和国际动态。     

高速连续变量量子密钥分发系统同步技术研究

在高速连续变量量子密钥分发系统中,位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据,提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案,在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明,所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响,有效实现通信双方同步。     

核磁共振量子信息处理研究的新进展

过去的二十年中,量子信息相关研究取得了显著的进展,重要的理论和实验工作不断涌现.与其他量子信息处理系统相比,基于自旋动力学的核磁共振系统,不仅具有丰富而且成熟的控制技术,还拥有相干时间长、脉冲操控精确、保真度高等优点.这也是核磁共振体量子系统能够精确操控多达12比特的量子系统的原因.因此,核磁共振量子处理器在量子信息领域一直扮演着重要角色.本文介绍核磁共振量子计算的基本原理和一些新研究进展.研究的新进展主要包括量子噪声注入技术、量子机器学习在核磁共振平台上的实验演示、高能物理和拓扑序的量子模拟以及核磁共振量子云平台等.最后讨论了液态核磁共振的发展前景和发展瓶颈,并对未来发展方向提出展望.     

基于电磁诱导透明机制的压缩光场量子存储

光场的量子存储不仅是构建量子计算机的重要基础,而且是实现量子中继和远距离量子通信的核心部分.由于存在不可避免的光学损耗,光学参量放大器产生的压缩真空态光场将变为压缩热态光场,不再是最小不确定态.因此,压缩热态光场的量子存储是实现量子互联网的关键.在原子系综中利用电磁诱导透明机制能够实现量子态在光场正交分量和原子自旋波之间的相互映射,即受控量子存储.本文根据量子存储的保真度边界,研究了实现压缩热态光场量子存储的条件.量子存储的保真度边界是通过经典手段能够达到的最大保真度,当保真度大于该边界时,就实现了量子存储.通过数值计算分析了不同情况下压缩热态光场的量子存储保真度边界,以及存储保真度随存储效率的变化关系,得到了实现量子存储的条件,为连续变量量子存储实验设计提供了直接参考.     

隐形传送单模压缩态保真度的优化

基于Braunstein与Kimble的连续变量量子隐形传态方案，通过调节输出端位移因子可以优化单模压缩相干态和单模压缩真空态量子隐形传态的保真度；分析了单模压缩态的压缩参数对保真度的影响。     

连续变量量子态的光学操控

量子态的光学操控是指在光场的传输、存储和频率变换等过程中用光学方法对光场的量子态进行操作与控制.量子态操控是量子通讯及量子态制备和应用的基础.在简要介绍连续变量多组份纠缠态光场制备的基础上,概述基于多组份纠缠态光场的连续变量量子通讯网络及在执行压缩态和纠缠态光场操控方面的实验研究进展.     

基于线性光学的多通道混合纠缠态

本文提出了一种基于线性光学的多通道混合纠缠态方案。最初的混合纠缠态是在连续变量猫态和分离变量单光子量子比特之间产生。该方案基于线性光学元件,利用分束器在初始混合纠缠态基础上产生多通道混合纠缠态(M组)。在此基础上,对每对混合纠缠态相对初始混合纠缠态的保真度进行了计算,并分析了保真度随所分份数多少及猫态大小的变化关系。这种多通道混合纠缠态将会为涉及分离变量与连续变量的多通道量子信息传输及存储、量子网络节点信息分布等提供重要的资源。     

基于GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议

基于连续变量GHZ态的纠缠特性,提出一种三方量子确定性密钥分配协议,其中密钥由GHZ态的振幅产生,而相位可以用来验证信道的安全性.现有的量子确定性密钥分配协议一次只能向一个接收方传送密钥,现实生活中经常要向多个接收方发送确定性密钥.信息论分析结果表明,当信道传输效率大于0.5时,该协议可以同时向两个接收方安全传送确定性密钥,制备多重纠缠态后,该协议还能够扩展成多方量子确定性密钥分配协议,这极大提高了密钥的整体传送效率,而且连续变量量子GHZ态信道容量较高,因此该协议具有重要的现实意义.     

无噪线性放大的连续变量量子隐形传态

连续变量量子隐形传态在实际的量子通信中起着至关重要的作用.然而,实际环境的噪声与损耗会导致量子纠缠的退化,极大地影响系统的传输性能,尤其是降低系统的传输距离,阻碍其实际应用.本文提出了无噪线性放大的连续变量量子隐形传态方案,利用无噪线性放大器对退化的纠缠源进行放大,从而补偿光纤损耗信道对纠缠源的衰减影响,提升系统的性能.本文详细分析了不同损耗信道和纠缠源情况下,无噪线性放大器的增益系数选取范围以及不同增益对方案性能的影响.仿真结果表明,本文提出的方案相比于原方案,在保真度和传输距离方面都有较大的提升.该研究结果为长距离连续变量量子隐形传态的实际应用提供了一种切实有效的方法.