利用单个三粒子最大GHZ态或两个EPR态隐形传送任意三粒子GHZ态

提出利用单个三粒子最大Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态或两个Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)态作为量子信道确定性隐形传送任意三粒子GHZ态的两个方案，并将方案推广至隐形传送任意n(n≥4)粒子GHZ态的情况.讨论了量子信道受噪声影响时隐形传态的保真度.研究发现，当作为量子信道的单个三粒子最大GHZ态受到噪声影响时，隐形传态的保真度仅与量子信道的纠缠度有关，而当作为量子信道的两个EPR态受到噪声影响时，隐形传态的保真度不仅与量子信道的纠缠度有关，还与待传送态的纠缠度有关.所提出的方案具有节省量子信道纠缠资源的特点. 关键词： 隐形传态 三粒子Greenberger-Horne-Zeilinger态 量子逻辑门 保真度     

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.     

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     

利用纠缠交换在理想和非理想条件下的远程态制备(英文)

提出了利用纠缠交换技术实现一个纠缠态的远程制备.考虑在量子信道没有遭受噪声影响的条件下,利用一对两粒子纠缠态作为量子信道去实现远程态制备.此外我们考察了噪声存在时的远程态的制备,研究显示不同类型的量子噪声对远程态制备过程的保真度的影响不同.对一个确定量子态,我们考察了消相干效应对其远程制备的影响.     

利用两个纠缠对隐形传送任意三原子W态

提出利用两个Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)态作为量子信道隐形传送任意三原子W态的方案,并将该方案推广至隐形传送任意N(N≥4)原子W态.研究了实施方案的两种方法,给出了完成隐形传态的一种新思路:解纠缠-隐形传送-重构纠缠.讨论了量子信道受噪声影响时隐形传态的保真度.结果表明,当作为量子信道的两个最大纠缠态受到噪声影响时,隐形传态的保真度不仅与量子信道的纠缠度有关,还与待传送态中某一子系统的共生纠缠度有关.所提出的方案具有操作简便,节省量子信道纠缠资源的特点.     

纠缠比特在不同噪声环境和信道下演化规律的实验研究

量子信息技术主要基于量子纠缠,量子纠缠源作为重要的相干叠加态,其相干性很容易受到环境的影响而变得非常脆弱,甚至导致量子信息处理的失败.因此,全面揭示不同噪声环境和不同噪声信道下量子纠缠源演化规律,进而探寻抑制退相干的方法就显得至关重要.本文以量子信息最基本的单元-两比特纠缠对作为研究对象,实验上利用线性光学系统模拟了比特翻转和相移噪声(集体和非集体),研究了纠缠源在不同噪声环境及单、双和混合噪声信道下保真度的变化规律.实验结果表明:对同一种噪声类型,当纠缠比特经过双通道噪声环境时,其纠缠特性破坏得快;当纠缠比特经过非集体环境时,其纠缠特性消失得快.对不同噪声类型比较,结果表明比特翻转噪声相对于相移噪声更容易破坏纠缠特性.所得结论对纠缠退相干的理论和实验研究具有重要的借鉴意义,同时对基于非线性光学系统的量子信息处理技术具有重要的应用价值.     

利用两个纠缠对隐形传送三原子W态

提出利用两个Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)态作为量子信道隐形传送任意三原子W态的方案,并将该方案推广至隐形传送任意N（N 4）原子W态. 研究了实施方案的两种方法,给出了完成隐形传态的一种新思路：解纠缠—隐形传送—重构纠缠.讨论了量子信道受噪声影响时隐形传态的保真度. 结果表明,当作为量子信道的两个最大纠缠态受到噪声影响时,隐形传态的保真度不仅与量子信道的纠缠度有关,还与待传送态中某一子系统的共生纠缠度有关. 所提出的方案具有操作简便,节省量子信道纠缠资源的特点.     

连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤信道中分发时纠缠的鲁棒性

Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场是实现基于光纤的连续变量量子信息处理的重要量子光源,其在光纤信道分发时会与信道相互作用发生解纠缠,影响量子信息处理的性能.本文利用部分转置正定判据分析了Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在单通道和双通道光纤信道分发方案中,其初始态的关联正交分量对称性、模式对称性、纯度和光纤信道额外噪声对传输距离、纠缠态光场的纠缠特性及鲁棒性的影响.在单通道和双通道方案中,光纤信道的额外噪声都会引起纠缠态光场的解纠缠,随着噪声的增大,传输距离迅速减小.要保持Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤损耗信道中的纠缠鲁棒性,双通道方案比单通道方案对初始态的关联正交分量对称性和纯度方面的要求更为苛刻.而且单光纤噪声通道分发方案对模式对称性参数不敏感,模式对称性参数变化不会引起解纠缠,也不影响最大传输距离和纠缠鲁棒性特征;在双光纤噪声通道分发时,模式不对称参数降低会减小最大传输距离,并出现纠缠突然死亡.     

通过量子噪声信道之后Werner态的纠缠特性研究

利用并发度作为纠缠的度量研究了Werner态通过量子噪声信道(包括振幅和相位阻尼信道)之后的纠缠动力学性质,给出了Werner态通过量子噪声信道之后并发度的解析表达式,获得了纠缠突然死亡的参数条件。     

非均匀磁场中的海森堡XY模型热纠缠信道的量子隐形传送

在量子通讯的实验中,由于外界环境的影响,我们很难得到最大的纠缠纯态.量子信道可能以混合纠缠态的形式出现.而固体材料中的热平衡态就是一种重要的混合纠缠态.本文利用了两个独立的外加不均匀磁场的一维海森堡链的热纠缠态作为量子信道,实现了两粒子纠缠态的远程传送,分析了外界温度和磁场对纠缠和传输保真度的影响.为了突出传输效果,我们对平均保真度做了研究,结果发现当温度很低,外加反方向的磁场B1和B2时,平均保真度大于经典通道的传输极限值2/3.     

对称噪声信道下利用多纠缠态实现量子密钥分配

研究了对称噪声信道下的量子密钥分配(Quantum Key Distribution,QKD)过程，并得到了其误码率和信道保真度的关系式。基于量子态的局域区分原理，我们提出了使用“多纠缠态”进行噪声信道下的密钥分配的新方案。应用这个新方案，我们可以获得和在理想无噪声信道下使用最大纠缠态(四个Bell态之一)进行QKD一样好的结果。     

三量子比特Dicke模型中的两体和三体纠缠动力学

本文利用绝热近似方法和精确对角化方法研究三量子比特Dicke模型中的纠缠动力学.处于两种典型的纠缠态GHZ态和W态上的量子比特在时间演化过程中与辐射光场发生强耦合作用,在各种子系统间产生纠缠,通过分析这些纠缠的演化特性发现初始GHZ态的三体纠缠鲁棒性比W态强,这与旋波近似结论一致.与旋波近似下结果不同的是,两种态中任意一对量子比特间的纠缠都随时间演化到几乎为零,而三体纠缠随时间周期演化,且纠缠程度相对较强,说明系统中的强耦合作用通过抑制量子比特中的对纠缠来支持三体纠缠.     

双模压缩态量子相干性演化的实验研究

量子相干性作为量子力学一个最显著的特征,被认为是量子信息过程中很重要的一种量子资源.单模压缩态和双模压缩态(Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态)均具有量子相干性,在制备和传输过程中的量子相干性对于实际应用具有重要意义.利用平衡零拍探测重构量子态的协方差矩阵,本文定量分析了量子态制备过程中的不完美以及信道传输损耗对单模和双模压缩态量子相干性的影响.实验证明量子态的压缩和纠缠特性及量子相干性对损耗均是鲁棒的.特别地,压缩和纠缠特性会随着量子态制备过程中热光子数的增大而减小,直至消失,而当压缩和纠缠均已消失时,量子相干性依然存在.实验结果为压缩态、纠缠态光场的量子相干性作为量子资源在量子信息过程中的应用提供了参考.     

退相干条件下两比特纠缠态的量子非局域关联检验

量子纠缠态的量子非局域关联特性在当前量子信息和量子计算协议中起着重要的作用.然而,任何实际的物理系统都不可避免地与周围环境相互作用,使得在量子信道中的传输过程中,量子态会发生相干性退化,进而弱化量子态的量子非局域关联特性.本文利用一种基于Hardy-type佯谬的高概率量子非局域关联检验方案,分别研究了两比特偏振纠缠态在经过振幅阻尼信道(ADC)、相位阻尼信道(PDC)和退极化阻尼信道(DC)后的量子非局域关联检验情况.研究结果表明,DC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较大,而PDC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较小.最后,本文还给出了利用弱测量结合弱测量反转操作克服ADC退相干时,偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验的条件.结果表明,当弱测量的强度增大时,可有效地降低ADC退相干效应对偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验造成的影响.     

多跳噪声量子纠缠信道特性及最佳中继协议

在量子通信网络中, 最佳中继路径的计算与选择策略是影响网络性能的关键因素. 针对噪声背景下量子隐形传态网络中的中继路径选择问题, 本文首先研究了相位阻尼信道及振幅阻尼信道上的纠缠交换过程, 通过理论推导给出了两种多跳纠缠交换信道上的纠缠保真度与路径等效阻尼系数. 在此基础上提出以路径等效阻尼系数为准则的隐形传态网络最佳中继协议, 并给出了邻居发现、量子链路噪声参数测量、量子链路状态信息传递、中继路径计算与纠缠资源预留等工作的具体过程. 理论分析与性能仿真结果表明, 相比于现有的量子网络路径选择策略, 本文方法能获得更小的路径平均等效阻尼系数及更高的隐形传态保真度. 此外, 通过分析链路纠缠资源数量对协议性能的影响, 说明在进行量子通信网设计时, 可以根据网络的规模及用户的需求合理配置链路纠缠资源.     

量子相干破坏信道的研究

量子相干态和量子纠缠态在量子计算中具有同等重要的地位,都是量子计算中重要的物理资源。量子相干态可用来制备量子纠缠态,一个量子相干态和一个辅助量子不相干态通过不相干操作可产生量子纠缠态。根据纠缠破坏信道原理提出输入分别是单体最大相干态和二体最大相干态的相干破坏信道,该信道将输入的相干态转化为不相干态,并简单验证了提出的相干破坏信道是否真正破坏了输入的量子相干态的相干性。同时提出量子相干破坏信道可作为检测量子态的相干性一种新的方法。     

多个量子节点确定性纠缠的建立

量子纠缠是一种重要的量子资源,在多个空间分离的量子存储器间建立确定性的量子纠缠,然后在用户控制的时刻将所存储的量子纠缠转移到量子信道中进行信息的分发和传送,这对于实现量子信息网络是至关重要的.本文介绍了用光学参量放大器制备与铷原子D1吸收线对应的非经典光场,而且在三个空间分离的原子系综中确定性量子纠缠的产生、存储和转移.利用电磁感应透明光和原子相互作用的原理,将制备的多组分光场纠缠态模式映射到三个远距离的原子系综以建立原子自旋波之间的纠缠.然后,存储在原子系综中的纠缠态通过三个量子通道,纠缠态的量子噪声被转移到三束空间分离的正交纠缠光场.三束释放的光场间纠缠的存在验证了该系统具有保持多组分纠缠的能力.这个方案实现了三个量子节点间的纠缠,并且可以直接扩展到具有更多节点的量子网络,为未来实现大型量子网络通信奠定了基础.     

利用因式化纠缠模拟纠缠动力学行为的有效性研究

研宄了非马尔可夫噪声环境影响下两个量子比特纠缠的动力学行为.对比讨论了因式化纠缠在描述纠缠动力学演化的有效性.结果表明:对于贝尔态、最大纠缠混合态等特殊初态,当噪声环境的影响比较弱时,利用纠缠的因式化分解形式可以有效地刻画纠缠的动力学演化;对于一般初态的情况,当系统的纠缠比较大,噪声环境的影响比较弱时,纠缠的因式化分解形式也可以有效地刻画纠缠的动力学演化.     

量子隐形传态看作量子信道

非理想的纠缠资源和非标准的量子隐形传态操作导致非理想的量子态传输.本文从Nielsen-Caves理论出发,导出了非理想的量子隐形传态过程对应的量子信道的明显表达式.这给我们提供了对量子隐形传态的新认识,即量子隐形传态过程可等效地看作量子态依次通过三个量子信道的过程,这三个信道分别对应于发送者的测量、纠缠态和接收者的操作.特别地,我们建立了纠缠态与量子信道之间的一一对应关系,即一个纠缠态对应于这样一个量子信道,如果把描述该量子信道的Kraus算符用Pauli算符展开,则得到的参数矩阵就是该纠缠态的密度算符在Bell基下的矩阵.我们还导出了量子隐形传态保真度的明显表达式.我们的结果解析地揭示了输出态和保真度对纠缠资源和量子隐形传态操作的依赖关系.     

三粒子纠缠Ｗ态的隐形传态

提出利用三个二粒子纠缠态作为量子信道，实现三粒子纠缠Ｗ态的隐形传态的方案.首先考察量子信道是最大纠缠态的情形，然后进一步考察量子信道是非最大纠缠态的情形.发现在量子信道为非最大纠缠态时，通过引进一个辅助粒子，并构造一个幺正变换矩阵，即可以一定的概率完成三粒子纠缠Ｗ态的隐形传态. 关键词： 隐形传态 三粒子纠缠 纠缠Ｗ态 非最大纠缠量子信道