利用Bell态实现量子隐形传态

量子隐形传态利用了量子的纠缠特性,在物理层实现了不可破译的量子密码通信.文章从信息论的角度描述了量子纠缠态的特性,给出了实现量子纠缠态的物理门线路;利用该量子纠缠态的量子线路,分析隐形传态的通信模型,给出了利用Bell态实现隐形传态的简单结构的量子线路,证明该量子线路是可行的,为进一步研究量子密码通信提供参考.     

电子自旋辅助实现光子偏振态的量子纠缠浓缩

量子纠缠浓缩可以将非最大的纠缠态转变为最大纠缠态,提高量子通信的安全性.本文基于圆偏振光和量子点-腔系统的相互作用,用一个单光子作为连接远距离纠缠光子对的桥梁,在理想条件下实现了光子偏振纠缠态的浓缩.计算结果显示,这个纠缠浓缩方案在考虑耦合强度和腔泄漏的情况下也可以保持较高的保真度,而且不需要知道部分纠缠态的初始信息,也不必重复执行纠缠浓缩过程.这不仅提高了量子纠缠浓缩的安全性,也有助于通过消耗最少的量子资源来实现高效的量子信息处理.     

量子信息中纠缠态所处的角色

简要给出了量子纠缠态的概念,评述了纠缠态在量子信息论中所处的角色,尤其说明了怎样用它来实现安全的通信。     

一种基于纠缠态的量子中继通信系统

提出了一种基于纠缠态的量子中继通信系统,该系统应用纠缠为基本资源.纠缠为量子隐形传态和绝对安全的量子通信提供了保证.量子中继器用来延长高纠缠度的纠缠光子对的纠缠距离,利用纠缠交换和纠缠纯化在系统的发信者与受信者之间建立光子对的纠缠.应用量子隐形传态的原理传输量子信息.系统分析表明,量子通信系统的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率增大而显著增加,量子信号的传输距离取决于量子中继节点的级数.     

单光子纠缠态的纠缠转移和量子隐形传态

使用光学分束器和单光子源，利用单光子态和真空态制备出了纠缠单光子态.利用光学分束器作用和单光子探测，实现了三个通讯伙伴之间的纠缠转移.提出了一个关于纠缠单光子态的量子隐形传态方案.在这个方案中，被传送的是一个未知的单光子纠缠态.通讯双方使用的量子信道是两个单光子纠缠态.通过使用分束器作用和对输出态进行光子测量以及在经典信息的帮助下，纠缠转移和量子隐形传态的过程被完成.     

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.     

量子比特的普适远程翻转和克隆

提出一种把量子隐形传态、最佳普适量子比特翻转和最佳普适量子克隆三者结合起来的量子比特普适远程翻转和克隆方案.当发送者和处于不同地点的三个接收者共享一个特定的四粒子纠缠态作为量子信道时,通过发送者的Bell基测量、经典通信和各个接收者的局域幺正变换,一个接收者能够以2/3的最佳保真度得到一份原未知量子比特的正交补态,另外两个接收者能够分别以5/6的最佳保真度得到原未知量子比特的一份拷贝.此方案用较少的量子纠缠资源同时完成了未知量子比特的普适远程翻转和克隆,且其保真度分别达到了最佳.实现此方案的关键在于构造出发送者和接收者共享的特定四粒子纠缠态作为量子信道,分析了此特殊四粒子态内在的纠缠结构.     

用一个纠缠态实现多粒子纠缠态的量子隐形传送

提出分别在二维和高维系统中利用一个纠缠态作量子通道实现M粒子纠缠态的量子隐形传送方案. 该方案有多个接收者,通过控制引进辅助粒子数,可以任意调节传送后的纠缠态在各接收者之间的粒子数分布, 且成功传送的概率为1. 关键词： 量子隐形传态 纠缠态 量子通道     

多粒子纠缠态QTDM通信方案及QMU协议

分析了未知的三个三态粒子纠缠态的隐形传送过程,结合纠缠源的特性,提出了量子信道时分复用方案.同时还提出了一种可传送多粒子纠缠态的量子时分多路通信方案和量子多用户协议.研究结果表明,该方案与采用BB84协议的量子通信系统相比,不仅能够实现量子多用户安全保密通信,而且误码率低.     

利用热平衡态超导电荷量子比特实现量子隐形传态

本文利用处于热平衡态的两个相同超导电荷量子比特纠缠态作为量子隐形传态的信道,给出标准量子隐形传态协议下传递单量子比特态和两量子比特态的纠缠以及非标准协议下传递单量子比特态时平均保真度的解析表达式,研究其随温度、约瑟夫森能等系统参数的变化情况．计算结果表明,在标准量子隐形传态协议下传递两量子比特之间的纠缠以及非标准量子隐形传态协议下传递单量子比特态时可以实现接近理想的量子隐形传态．     

量子无线广域网构建与路由策略

提出了一种基于多阶量子隐形传态的量子路由方案, 在量子移动终端之间没有共享纠缠对的情况下, 仍然可以完成量子态的无线传输. 该量子路由方案可以用来构建量子无线广域网, 其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关, 传输一个量子态所需的时间与采用量子隐形传态所需的时间相同. 因此, 从数据传输速率的观点来看, 该方案优于基于纠缠交换的量子路由方案. 关键词： 量子通信 多阶量子隐形传态 量子路由 量子无线广域网     

Distributed wireless quantum communication networks

The distributed wireless quantum communication network （DWQCN） ha~ a distributed network topology and trans- mits information by quantum states. In this paper, we present the concept of the DWQCN and propose a system scheme to transfer quantum states in the DWQCN. The system scheme for transmitting information between any two nodes in the DWQCN includes a routing protocol and a scheme for transferring quantum states. The routing protocol is on-demand and the routing metric is selected based on the number of entangled particle pairs. After setting up a route, quantum tele- portation and entanglement swapping are used for transferring quantum states. Entanglement swapping is achieved along with the process of routing set up and the acknowledgment packet transmission. The measurement results of each entan- glement swapping are piggybacked with route reply packets or acknowledgment packets. After entanglement swapping, a direct quantum link between source and destination is set up and quantum states are transferred by quantum teleportation. Adopting this scheme, the measurement results of entanglement swapping do not need to be transmitted specially, which decreases the wireless transmission cost and transmission delay.     

混沌量子克隆算法求解认知无线网络频谱分配问题

对认知无线网络中的频谱进行有效分配是实现动态频谱接入的关键技术.考虑3次用户对频谱的需求和分配的公平性,给出了频谱分配的数学模型,并将其转换为以最大化网络收益为目标的带约束优化问题,进而提出一种采用混沌量子克隆优化求解的认知无线网络频谱分配算法, 并证明了该算法以概率1收敛.最后,通过仿真实验比较了本文算法与颜色敏感图着色算法、基于遗传算法的频谱分配、基于量子遗传算法的频谱分配的性能.结果表明:本文算法性能较优, 能更好地实现网络收益最大化. 关键词： 混沌量子克隆算法 认知无线网络 频谱分配     

混沌量子克隆优化求解认知无线网络决策引擎

通过分析认知无线网络引擎决策, 给出了其数学模型, 并将其转化为一个多目标优化问题, 进而提出一种基于混沌量子克隆的优化求解算法, 并证明了该算法以概率1收敛. 算法采用量子编码, 利用Logistic映射初始化抗体种群, 设计了一种基于混沌扰动的量子变异方案. 最后, 在多载波环境下对算法进行了仿真实验. 结果表明, 与QGA-CE(基于量子遗传算法的认知引擎)算法相比, 本文算法收敛速度较快, 具有较高的目标函数值, 可以对无线参数优化调整, 满足认知引擎的实时性要求.     

A high rectification efficiency Si0.14Ge0.72Sn0.14–Ge0.82Sn0.18–Ge quantum structure n-MOSFET for 2.45 GHz weak energy microwave wireless energy transmission

The design strategy and efficiency optimization of a Ge-based n-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (n-MOSFET) with a Si_0.14Ge_0.72Sn_0.14-Ge_0.82Sn_0.18-Ge quantum structure used for 2.45 GHz weak energy microwave wireless energy transmission is reported. The quantum structure combined with δ-doping technology is used to reduce the scattering of the device and improve its electron mobility; at the same time, the generation of surface channels is suppressed by the Si_0.14Ge_0.72Sn_0.14 cap layer. By adjusting the threshold voltage of the device to 91 mV, setting the device aspect ratio to 1 μm/0.4 μm and adopting a novel diode connection method, the rectification efficiency of the device is improved. With simulation by Silvaco TCAD software, good performance is displayed in the transfer and output characteristics. For a simple half-wave rectifier circuit with a load of 1 pf and 20 kΩ , the rectification efficiency of the device can reach 7.14% at an input power of -10 dBm, which is 4.2 times that of a Si MOSFET (with a threshold voltage of 80 mV) under the same conditions; this device shows a better rectification effect than a Si MOSFET in the range of -30 dBm to 6.9 dBm.     

Distributed wireless quantum communication networks with partially entangled pairs

Wireless quantum communication networks transfer quantum state by teleportation. Existing research focuses on maximal entangled pairs. In this paper, we analyse the distributed wireless quantum communication networks with partially entangled pairs. A quantum routing scheme with multi-hop teleportation is proposed. With the proposed scheme, is not necessary for the quantum path to be consistent with the classical path. The quantum path and its associated classical path are established in a distributed way. Direct multi-hop teleportation is conducted on the selected path to transfer a quantum state from the source to the destination. Based on the feature of multi-hop teleportation using partially entangled pairs, if the node number of the quantum path is even, the destination node will add another teleportation at itself. We simulated the performance of distributed wireless quantum communication networks with a partially entangled state. The probability of transferring the quantum state successfully is statistically analyzed. Our work shows that multi-hop teleportation on distributed wireless quantum networks with partially entangled pairs is feasible.     

光纤耦合对量子密钥分配系统光子探测的影响

借助量子密码术和卫星可以实现全球性的保密通信网络。但使用现有的单光子探测模块搭建星地量子密钥分配(QKD)系统,接收端就面临着空间光-多模光纤耦合的技术挑战。空间光-多模光纤耦合条件对星地量子密钥分配系统的跟瞄精度提出了严格要求。理论分析和定量计算表明,跟瞄精度ε与光束发散角θdiv的比值ε/dθiv≤0.5时,星地量子密钥分配系统的光子探测概率较高,系统可以正常工作;ε/dθiv≤0.1时,系统处于量子密钥产生速率为几kb/s的更理想状况。采用短波长更有利于满足空间光-多模光纤耦合条件,同时有利于系统获得更高的密钥产生速率。     

湍流大气对量子密钥分布系统性能的影响

自由空间量子密钥分布系统是全球性量子保密通信的关键组成部分之一。因此研究湍流大气信道对量子密钥分布系统性能的影响就非常重要。使用光束近场传播和统计分析的方法定量分析了湍流大气信道对基于BB84协议的自由空间量子密钥分布系统的误码率的影响。数值计算结果表明,大气衰减系数超过-3dB/km时,大气衰减对量子密钥分布系统的误码率影响很大;在大气传输因子小于0.5的区域,系统误码率比无湍流影响时的系统误码率高出一个数量级。     

量子信息与计算

量子信息与计算是物理学目前研究的热门领域 .本文简要地介绍量子计算的一些基本概念 :量子纠缠、量子位、量子寄存器、量子并行计算和量子纠错 .并介绍两种典型的量子信息技术 :量子密码和量子传物 .     

Non-commutative Low-dimension Spaces and Superspaces Associated with Contracted Quantum Groups and Supergroups

Quantum planes, which correspond to all one-parameter solutions of Quantum Yang-Baxter Equation (QYBE) for the two-dimensional case of GL-groups, are summarized and their geometrical interpretations are given. It is shown that the quantum dual plane is associated with an exotic solution of QYBE and the well-known quantum h-plane may be regarded as the quantum analog of the flag (or fiber) plane. Contractions of the quantum supergroup G L _q (12) and corresponding quantum superspace C _q (12) are considered in Cartesian basis. The contracted quantum superspace C _h (12);) is interpreted as the non-commutative analog of the superspace with the fiber odd part.