量子信息讲座 第五讲 量子克隆与量子复制

量子态不可克隆体现了量子力学的固有特性,它是量子信息科学的重要基础之一．文章简要介绍了量子不可克隆定理的物理内容以及量子复制机的基本原理,通过幺正坍缩过程我们构造了一种概率量子克隆机,并论证所有线性无关的量子态都可以被概率量子克隆机克隆     

第五讲 量子克隆与量子复制

量子态不可克隆体现了量子力学的固有特性，它是量子信息科学的重要基础之一，文章简要介绍了量子不可克隆定理的物理内容以及量子复制机的基本原理，通过幺正坍缩过程我们构造了一种概率量子克隆机，并论所有线尾无关的量子态都可以一子克隆机克隆。     

二粒子部分纠缠未知态的量子受控传递

提出了二粒子部分纠缠态的量子隐形传递控制方案.在该方案中,以四个二能级粒子GHZ态作为量子通道,把量子通道中的一个粒子作为控制粒子.在传递者和控制者进行一系列的量子操作和测量之后,根据他们的测量结果,接收者再进行适当的变换就能得到待传递粒子的量子态.     

N粒子量子纠缠态的隐形传送

该文提出了一个利用N对二粒子纠缠态作为量子通道实现N粒子纠缠态的隐形传送的方案.发送者对需传送的N粒子量子态与属于自己的纠缠对中的粒子分别进行N次Bell基测量,并将测量结果通过经典通道告诉接受者,接受者根据这些信息对自己拥有的N个粒子进行相应的联合幺正变换,可使这N个粒子处于待发送的原始量子态,从而实现概率为1的量子态的隐形传送.     

实现原子间脱离实体的量子态传输

1993年，BennettC等提出了一个量子态隐形传输(quantum teleportation)的方案：利用两个系统(A粒子和B粒子)之间的量子纠缠，将位于A方的P粒子量子态传输给B粒子．具体步骤是：(1)令A粒子和B粒子纠缠；(2)制备将要传输的相干叠加量子态     

三粒子任意态的量子隐形完全传送

提出一个利用六粒子非贝尔对量子通道对一个任意的三粒子量子态进行隐形传送的方案.发送者Alice对需传送的三粒子量子态与属于自己的纠缠对中的三粒子进行三次Bell基测量,并将测量结果通过经典通道告诉接受者,接受者Bob根据这些信息对自己拥有的粒子进行Toffoli变换,就可使这三粒子处于待发送的原始量子态,从而实现概率为1的量子态隐形传送.利用变换算符的思想,很容易得出塌陷态的表达式以及接受者Bob所做的幺正变换的表达式.     

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.     

三能级单量子态控制双向量子隐形传态

采用张量表示和广义三维贝尔基测量的方法,提出了实现三能级单量子态控制双向量子隐形传态的协议.协议中,控制者Carol的量子态为任意广义三维贝尔基.选择六粒子纠缠态作为量子通道,并给出了判断任意六粒子纠缠态能否作为量子通道的必要条件.基于该条件,借助SO(3)群元素的幺正性,选择其任意两个元素作为幺正矩阵,给出了构建量子通道的一般方法.列举了两个具体构建量子通道的例子,其中Alice、Bob、Carol共同作用,进行相应的广义三维贝尔基测量和对应的幺正变换,最终实现了Alice和Bob之间量子态的交换,从而验证了所提协议的可行性.     

三能级单量子态控制双向量子隐形传态（英文）

采用张量表示和广义三维贝尔基测量的方法,提出了实现三能级单量子态控制双向量子隐形传态的协议.协议中,控制者Carol的量子态为任意广义三维贝尔基.选择六粒子纠缠态作为量子通道,并给出了判断任意六粒子纠缠态能否作为量子通道的必要条件.基于该条件,借助SO(3)群元素的幺正性,选择其任意两个元素作为幺正矩阵,给出了构建量子通道的一般方法.列举了两个具体构建量子通道的例子,其中Alice、Bob、Carol共同作用,进行相应的广义三维贝尔基测量和对应的幺正变换,最终实现了Alice和Bob之间量子态的交换,从而验证了所提协议的可行性.     

量子隐形传送态的正交完备基展开与算符变换

由波函数的叠加原理与变换算符出发，以三对任意纠缠的粒子作为量子通道对一个任意的三粒子态实现隐形传送为例，将体系的总量子态按Bell基展开，理论上接受者只需直接对自己拥有的粒子进行相应的变换，可使这三粒子恢复原始量子态，从而实现任意量子态的隐形传送.给出了变换算符与实际操作算符的联系.进一步可得出变换算符可逆是成功实现量子隐形传送的必要条件. 关键词： Bell基展开 隐形传送 变换算符     

用非最大纠缠信道对任意二粒子纠缠态的量子秘密分享

提出一个对任意二粒子纠缠态在N者之间的量子秘密分享方案,该方案利用非最大纠缠Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对作为量子信道,利用广义的贝尔基进行测量.接收者通过引入辅助粒子,并对其做选择性测量,就会概率性地得到最初的量子态. 关键词： 非最大纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对 广义的贝尔测量     

碳化硅缺陷有望成为器件友好的量子比特——广泛使用的商品级半导体晶片可在室温下进行相干操控

任何量子计算方案的中心元素都是量子比特，这是一种类似于自旋为1／2的电子的双态体系．在计算过程中，量子比特的状态经历着各种变化；计算一旦完成，需要确定量子比特是“朝上”还是“向下”的．不幸的是，量子比特也要与环境相互作用，这会使其量子态遭受破坏，或者退相干．任何有用的量子比特，在进行一系列有价值的量子操作时，都必须抵抗退相干．     

二粒子态控制双向量子隐形传态（英文）

为实现二粒子态的控制双向量子隐形传态,基于张量分析、贝尔基测量和冯·诺依曼测量等方法,提出二粒子态控制双向量子隐形传态的通道准则,准则中,选择九粒子纠缠态为量子通道,并给出任意九粒子纠缠态能否作为量子通道的必要条件.基于该条件,控制者完成冯·诺依曼测量后,通道被分为单通道、双通道、三通道和四通道.以双通道为例进行计算分析,在Alice、Bob和Controller的共同作用下,经冯·诺依曼测量后进行贝尔基测量和对应的幺正变换,最终实现Alice和Bob之间量子态的交换,通过双通道的隐形传输,验证了所提准则的可行性并给出量子通道选择的一般方法.     

腔QED中超导量子干涉仪概率克隆机的物理实现

提出一个量子概率克隆机的物理实现方案,该方案首先将高Q腔中的两个超导量子干涉仪分别作为初始比特和目标比特,腔模作为测量比特,通过腔模和经典微波脉冲与超导量子干涉仪的多种相互作用实现量子概率克隆机的幺正演化;然后将腔模态映射到另一个超导量子干涉仪上,通过对该超导量子干涉仪磁通量的测量完成状态坍缩,从而以最优的成功概率实现量子态的精确克隆.本方案采用双光子拉曼共振过程加快单比特门的操作速率,并且总操作时间远小于自发辐射和腔模衰变时间,因而在实验上是可行的.     

N粒子量子态的隐形传送的理论分析

在量子态的隐形传送中,如果要对一个任意N粒子态实现隐形传送,发送者Alice 和接受者Bob 之间须建立一个非局域的2N个纠缠粒子作为量子通道,发送者对需传送的N粒子量子态与属于自己的纠缠对中的粒子分别进行N次Bell基测量,则将有2~(2N)个塌陷态,即有2~(2N)个变换算符,本文推导出变换算符的计算公式,并给出这2~(2N)个变换算符之间的关系,从而使接受者对自己拥有的粒子进行相应的变换大为简便,进一步由变换算符性质分析量子隐形传送的必要条件及成功几率.     

超导量子比特

随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”,超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注.超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件,目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中.本文将重点讨论位相、电荷、传输子以及磁通型超导量子比特的基本原理及其器件结构,并讨论器件的制备方法和量子态测量技术,最后对基于超导量子比特开展的物理问题的研究做一简单介绍.     

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。     

量子信息讲座 第二讲 量子态的操纵和制备

介绍了操纵和制备光场、原子、囚禁离子各种量子态的基本方法和意义，并简要综述了这方面的进展情况．在量子信息科学中，量子态是信息的载体，量子态的操纵实质上是量子信息的操纵，因而它对于各种量子信息系统的实现有着极为重要的意义．     

基于四粒子GHZ态的可控量子双向隐形传态及安全性

提出一个基于四粒子GHZ纠缠态实现未知单粒子态的可控量子双向传态方案.通信双方Alice和Bob以及控制方事先密享两对四粒子GHZ纠缠态以构建量子信道,根据纠缠粒子的不同分发方式,以及测量时所选择的不同测量基,可以分别实现三方和四方参与的可控量子双向传态.通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作量子投影测量,若控制方同意双方通信,则对自己拥有的粒子作测量并通过经典信道公布测量结果.通信双方根据控制方公布的测量结果对各自的某个粒子作相应的幺正变换,即可在己方的粒子上重建对方待传的量子态.由于第三方Charlie以及第四方Dennis的加入,整个双向传态的安全性大为提高.     

制备-测量量子比特系统的自测试标准

自测试是对所声称量子设备的一种高安全级别验证,仅根据设备观测到的统计数据来确认设备中所制备的量子态和所执行的测量.制备-测量场景下量子系统的自测试可依赖于测量统计关联来实现.目前针对制备-测量场景量子系统自测试的研究比较单一,只有当统计关联满足一定的不等式要求时才能实现其系统的自测试.本文进一步提出了制备-测量场景下量子比特态制备集和测量集实现自测试的新标准,实现了比BB84粒子更多的量子比特态集及测量集的自测试,这有利用满足实际实验对不同量子态集制备的需求.此外,对所提出的标准进行了鲁棒性分析,使新标准在实验噪声下具有实际意义.本文的研究增加了量子比特态制备和测量系统自测试标准的多样性,有利于实际不同非纠缠单量子系统的自测试.