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.     

量子纠缠态的普适远程克隆

提出一种任意两粒子纠缠态1→2普适远程克隆方案. 此方案仅需一个特殊的四粒子纠缠态作为量子信道, 就可使处于空间不同位置的两个接收者分别以5/6的保真度得到任意输入态的近似拷贝, 该保真度远高于已有方案中的保真度. 将方案推广到任意两粒子纠缠态1→N(N>2)普适远程克隆的情况, 可使处于不同地点的N个接收者分别以(2N+1)/(3N)的保真度得到输入态的近似拷贝. 另外, 提出一种以上述单个特殊四粒子纠缠态作为量子信道, 在多目标量子比特受控非门和 关键词： 量子纠缠态 普适远程克隆 保真度     

单模压缩真空态的量子隐性传态及其保真度的研究

文章基于Braustain和Kimble方案以双模最小关联混态作为量子信道实施对单模压缩真空态的量子隐性传态.研究发现,以混态纠缠态作为量子通道实行量子隐性传态得到输出量子态保真度较小.但是通过利用调解输出端位移因子的保真度的优化方案,我们发现可以在一定的参数范围内可以实现对具有压缩效应的量子态的高保真传送,在一定条件下甚至可以实现保真度为1的量子态的隐性传递.     

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     

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.     

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.     

基于双模压缩信道的双模高斯态量子隐形传态

研究了双模高斯态的两个模经由两个双模压缩量子信道的隐形传态.结果表明，当输入态有纠缠时，若要输出态的纠缠不为零，量子信道的纠缠必须大于一确定值，其大小在输入态为纯态时依赖于输入态的纠缠度；在输入态为混合态时不仅与输入态的纠缠有关，还依赖于输入态的整体纯度. 关键词： 量子隐形传态 量子纠缠 双模高斯态     

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.     

双模最小关联混合态作为量子信道实现量子隐形传态的保真度

基于Braunstein和Kimble提出的B-K方案以双模最小关联混合态作为量子信道实施对未知量子态的隐形传送，并以传送相干态为例进行了研究.结果表明：双模最小关联混合态作为一种广义的Einstein-Podolsky-Rosen型纠缠态在实现量子隐形传态中能很好地担当量子信道的角色，在纠缠度和压缩度选择适当的条件下被传送未知量子态的保真度可以达到1.这是比双模压缩真空态更优越的量子信道. 关键词： 量子隐形传态 双模最小关联混合态 保真度     

基于单腔光力学系统的连续变量量子导引研究

量子导引相较于其他量子纠缠类型的优势在于它具有天然的不对称性,可以实现单向、且一方设备不依赖的量子任务。本文研究了特殊条件下,即力学振子的频率刚好是腔的自由光谱区的一半时,由单泵浦的光力学系统中产生的三组份量子导引特性。研究结果表明：力学模对两个光模的导引要强于光模对力学模的导引,联合导引的能力要大于单个导引的能力,且通过调节失谐量或温度可以实现力学模和光模之间的单向导引和双向导引之间的转换。该研究对于实现更安全的量子通信和构建多频率系统混合的量子网络具有一定的参考价值。     

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.     

退相位环境下Werner态在石墨烯基量子通道中的隐形传输

基于有效低能理论,研究了退相位环境下Werner态在石墨烯基量子通道中的隐形传输.结果表明,输出态纠缠度总是随着输入态纠缠度的增大而增大,而相应的保真度却正好相反;对于给定的输入态,量子通道中的纠缠越大,输出态的品质就越高.对于石墨烯基量子通道,低温和弱库仑排斥势可以减缓其纠缠资源在退相位环境中的衰减,且温度低于40 K,电子间库仑排斥势小于6 eV时,输出态的平均保真度可以达到80%以上.这就说明石墨烯材料在量子信息领域中具有潜在的应用价值.     

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。     

两个海森堡热纠缠信道中纠缠态的隐形传送

利用两个海森堡热纠缠信道,实现了一对量子纠缠态的隐形传送,求得输出的密度矩阵,进而算出隐形传送的保真度.分析外界环境（温度T和磁场B）对热纠缠及量子隐形传送的影响.发现在磁场较弱,温度很低的时候,以海森堡热纠缠混合态作为量子信道进行隐形传送优于经典信道.     

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.     

与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子的周期量子回声

本文将Tavis-Cummings(T-C)模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况.运用全量子理论,研究了与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子量子态保真度演化.采用数值计算的方法,探讨了双原子初始纠缠因子θ、光场平均光子数n以及场模结构参量p对双原子量子态保真度演化的影响,解析分析了双原子周期量子回声的形成规律,揭示了其物理实质.结果表明, 在场模结构参量p=1的情况下,无论光强和双原子初始纠缠因子如何取值,双原子均产生周期2π的量子回声;在强相干场n=30条件下,改变p从1到小于800时,Bell态双原子产生2π/p周期量子回声.当p≥800时,无论光场是真空场、弱相干场或强相干场,双原子量子态保真度恒为1,即第一类Bell态原子持续处于保真态;而当双原子初始纠缠因子为3π/4时,无论n、p取何值,双原子量子态保真度保持为1,双原子持续处于第二类Bell态的保真态.其结论表明, 该推广模型具有很好的双原子周期量子回声性质,为纠缠双原子信息高保真输出及噪音环境下量子信息处理的实验实现提供了理论参量和物理载体.     

与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子的周期量子回声

本文将Tavis-Cummings (T-C)模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况.运用全量子理论,研究了与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子量子态保真度演化.采用数值计算的方法,探讨了双原子初始纠缠因子θ、光场平均光子数n以及场模结构参量p对双原子量子态保真度演化的影响,解析分析了双原子周期量子回声的形成规律,揭示了其物理实质.结果表明,在场模结构参量p=1的情况下,无论光强和双原子初始纠缠因子如何取值,双原子均产生周期2π的量子回声;在强相干场n=30条件下,改变P从1到小于800时,Bell态双原子产生2π/P周期量子回声.当p≥800时,无论光场是真空场、弱相干场或强相干场,双原子量子态保真度恒为1,即第一类Bell态原子持续处于保真态;而当双原子初始纠缠因子为3π/4时,无论n、p取何值,双原子量子态保真度保持为1,双原子持续处于第二类Bell态的保真态.其结论表明,该推广模型具有很好的双原子周期量子回声性质,为纠缠双原子信息高保真输出及噪音环境下量子信息处理的实验实现提供了理论参量和物理载体.     

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.     

用三粒子纠缠态作量子信道远程操纵单比特旋转

提出用三粒子纠缠态作量子信道远程操纵单比特旋转的理论方案。首先，我们利用最大纠缠的GHZ态的性质远程操纵单比特旋转，其保真度和成功几率均为1。 我们还提出了两个用部分纠缠的GHZ态作量子信道实现保真度为1的远程操纵单比特旋转的方案。这些方案的特点是，两地之间还存在一第三者，他作为监控方参与量子远程操纵过程，特别地，当量子信道为部分纠缠态时，他能矫正被非理想量子信道致畸的量子态。除了GHZ型态外，我们还证明了W型态亦可用作量子信道远程操纵单比特旋转，但后者的成功几率总是小于前者。