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     

单个N维量子系统的量子秘密共享

提出了一种单个N维量子系统的量子秘密共享方案.在该方案中，利用对Bennett和Brassard协议(BB84协议)中使用的两基四态扩展到多基多态，分发者对要共享的秘密采用多基多态编码，将被编码的单个N维量子系统发送给他的两个代理人之一，该代理人利用一个N维克隆机对接收到的粒子做幺正操作，然后把粒子发送给另一代理人.在得知最后一个代理人接收到该粒子之后，分发者告知两个代理人他所用的制备基，然后两个代理人分别对自己的系统进行测量并在合作之后获知分发者所发送的粒子的量子态.该方案的安全性基于量子不可克隆定理. 关键词： 量子秘密共享 多基多态编码 N维克隆机 量子不可克隆定理     

单个N维量子系统的量子秘密共享

提出了一种单个N维量子系统的量子秘密共享方案.在该方案中,利用对Bennett和Brassard协议(BB84协议)中使用的两基四态扩展到多基多态,分发者对要共享的秘密采用多基多态编码,将被编码的单个N维量子系统发送给他的两个代理人之一,该代理人利用一个N维克隆机对接收到的粒子做幺正操作,然后把粒子发送给另一代理人.在得知最后一个代理人接收到该粒子之后,分发者告知两个代理人他所用的制备基,然后两个代理人分别对自己的系统进行测量并在合作之后获知分发者所发送的粒子的量子态.该方案的安全性基于量子不可克隆定理.另外该方案还具有信息量大效率高的特点.最后对该方案从两方扩展到N方进行了讨论.     

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.     

一种基于量子线路的支持向量机训练方案

本文针对支持向量机提出一种基于量子态内积的量子线路训练方案.该方案以量子基础力学理论为基础,通过量子化,生成支持向量机训练样本元素对应的量子态;以量子初始基态和对应的量子逻辑门为基础,构建可以实现训练样本元素量子态的量子线路;通过建立量子态内积与SWAP量子逻辑门之间的关系,采用量子态振幅的交换演化操作来实现量子态内积.验证结果表明,该方案不但使得支持向量机完成了正确分类,还针对该方案的量子部分实现了在真实量子计算机上运行,与经典算法相比,多项式程度上降低了算法的时间复杂度,扩展了支持向量机的训练思路.     

安徽量子通信技术有限公司

<正>量子密钥分发实验系统(BB84)利用量子态的不确定原理、量子态不可克隆原理、量子不可分原理等,将信息编码在单光子的量子态上,可完成量子密钥分发,结合一次一密的加密方式,可实现理论上的无条件安全保密通信。搭建量子密钥分发实验光路学习量子密钥分发BB84协议掌握量子信息编码方法实现量子保密通信全过程开发量子保密通信新的应用小型纠缠源实验系统性能指标波长:810nm。单路计数率:100kps符合计数率:6kps纠缠品质:92%泵浦光功率:0~100mw符合计数器门宽:3ns~10ns应用高亮纠缠光子源高亮单光子源量子成像极化关联曲线实验四种Bell态的制备Bell不等式测量单、双光子干涉实验     

基于原子系综四波混频过程的量子信息协议

与经典体系相比,量子信息协议在大幅提高信息处理的安全性、保真度和容量方面具有巨大的优势。各种具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实现。介绍了利用铷原子四波混频过程构建一套能兼容多种不同量子信息协议的多功能平台。基于这个平台可以实现并行9通道全光量子隐形传态,部分无实体量子态传输和最优N→M相干态量子克隆协议。更重要的是,部分无实体量子态传输协议可以同时连接全光量子隐形传态协议和最优1→M相干态量子克隆协议。这些量子信息协议在全光量子通信中具有潜在的应用。     

量子信息光学

介绍了一门新的学科分支－量子信息光学。它是量子光学与信息科学相结合的产物。光场的量子效应在实现大容量的信息传输，超高精度的信息检测以及不可破译、不可窃听的量子密码术方面有着极其重要的应用前景，在光子学的发展中将发挥独特的作用。该文阐述了量子信息光学中若干物理问题和研究方向，包括超低噪声光源、量子信息复制、量子态工程、量子非破坏性测量和量子密码术。     

利用线性光学元件产生连续变量量子克隆的理论研究

我们提出了一种非对称量子克隆方案，在Andersen等人提出的克隆方案的基础上，把克隆方案推广到了两种非对称情况。这种非对称克隆机只需要线性光学元件和零拍探测系统就可实现，非常方便。我们还比较了对称克隆和非对称克隆在压缩态的量子密钥分配中的效用，经过分析得出结论：非对称克隆优于对称克隆。     

基于量子模距离的量子态聚类识别

针对量子系统的状态识别，定义了一种量子模距离作为量子态之间的相似性度量，提出了一种基于量子模距离的聚类算法，它既适用于对量子叠加态的识别，也适合对量子纠缠态的识别。在算法中，根据待识别的样本量子态求取聚类中心，分别计算各量子态到聚类中心的量子模距离，根据量子模距离对量子态进行聚类识别。算例说明了这种聚类识别方法的合理性和有效性。     

量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

讨论了量子计算、量子通讯与量子计算机中的核心问题 量子叠加和量子纠缠. 从量子态表示量子信息为出发点, 指出有关量子信息的所有问题都可采用量子力学理论来处理. 其中信息的演变遵从薛定谔方程, 信息的传输就是量子态在量子通道中的传送, 信息处理就是量子态的幺正变换, 信息提取则是对量子系统实行量子测量.     

基于EPR导引的连续变量安全量子克隆

利用量子信道和经典信道相结合的方法,采用部分脱体传输设计了连续变量1→2量子克隆方案,在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明：双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模Clone 1,取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引,但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于■。在输出模Clone 1的最优增益下,观察了输出模Clone 1和输出模Clone 2的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化,发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度,且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。     

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     

量子信息引论

文章在阐述量子信息的发展背景之后,介绍了量子纠缠、量子计算、量子密码、量子因特网、量子克隆、量子对策论等方面的内容,既阐述了相关的基本概念,也论及最新的研究进展。     

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．     

量子信息掩蔽

量子信息掩蔽是量子信息处理中的一个新兴概念,它将量子信息完全转移至各个量子实体的关联之中,从而使单个量子系统不再包含掩蔽前的任何信息。量子信息掩蔽在量子比特承诺、秘密共享等方面都具有重要的应用;然而与量子态的克隆、广播、隐藏等操作类似,人们无法使用一个普适的两体幺正演化来实现量子信息的掩蔽。本文系统地介绍近期量子信息掩蔽方向的一系列研究进展：首先描述了可实现量子信息掩蔽态集合的几何特征,给出掩蔽操作的实现方法,讨论了其在信息论中的含义以及与量子纠错码等概念的联系;然后介绍量子信息掩蔽的实验实现,展现量子信息掩蔽在高维体系等复杂系统中的可行性,并展示其在量子秘密共享和噪声免疫的量子通信等方面的应用。     

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.     

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...     

采用纠缠辅助量子LDPC码和检错重传策略的量子直传通信方案

针对现有量子信息直传协议在有噪音量子信道下传输效率低及可靠性差的问题,提出了一种有效利用纠缠资源的量子安全直传通信方案.通过收发双方共享纠缠粒子作为辅助比特,采用纠缠辅助量子低密度校验码对量子态信息进行前向纠错保护,以提高系统在噪音环境下的传输可靠性.同时采用自动请求重传策略对量子态信息进行检错编码保护,当因窃听或强噪...     

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