光量子信息传输技术

指出光量子信息传输与常规光通信不同的特点。量子信息的传输的载体选用单光子。单光子是由复振幅概率波迭加的波函数来表示的。其本征函数是一组完全正交的偏振态。量子编码即是由表征光子量子态的复数概率波振幅的变化来实现的，传输光纤的双折射和光子的偏振性质是要考虑的一个关键问题。指出用于量子信息编码的三组互为共轭的量子态之间的转化及相位调制对量子态演化的作用，由此比较了各种量子信息传输的方法。     

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.     

基于光场量子态的连续变量量子信息处

连续变量量子信息是量子信息科学研究的一个重要内容。基于光学模的连续变量量子信息 处理,以光场量子态为量子资源,结合各种量子操控手段,完成信息的传输和处理。本文简要介 绍用于连续变量量子信息处理的光量子态的概念、制备方法和操控手段,以及连续变量量子通 信、量子计算和量子纠错方面的研究进展和发展趋势。     

利用Cluster State实现远程态制备

量子态是量子信息的载体，因此，从某种意义上说，量子信息过程就是量子态的传递和操作的过程。量子态的远程制备包括量子隐形传态（Telepotation）和远程态制备（Remote State Preparation（RSP））。远程态制备是一种利用纠缠和经典通讯传输量子态的简单方法，相比较量子态telepotation耗费的资源更少（1 ebit and 1 cbit）。Cluster State是一种特殊的量子态，在量子计算方案中有着广泛的应用。我们实验上利用SPDC产生的偏振纠缠双光子，加入时间比特，构造出Cluster State，并利用Cluster State实现了量子态的远程制备。     

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。     

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.     

基于拉曼协议的量子存储

量子存储器是实现按照需要存储/读出诸如单光子、纠缠或者压缩态等非经典量子态的系统,是实现量子通信和量子计算必不可少的核心器件.量子存储协议多种多样,其中拉曼方案由于具有存储宽带大、可用于存储短脉冲信号的优点而引起了人们的广泛关注.然而实现真正单光子和光子纠缠的拉曼存储具有挑战性.本文简要介绍了量子存储器的主要性能和评价指标,在回顾了量子存储器特别是拉曼量子存储器的发展现状后,重点介绍了本研究组最近基于拉曼协议实现各种量子态存储的系列研究,取得的研究成果对于构建高速量子网络具有重要参考价值.     

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...     

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。     

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     

基于量子远程传态的无线自组织量子通信网络路由协议

针对复杂结构的无线量子通信网络,提出了无线自组织量子通信网络概念并设计其路由协议．该路由协议为按需路由协议,路由度量基于相邻节点问的纠缠粒子对数目．需要发送携带信息的量子态的节点发起路由请求和建立过程,由目的节点根据路由度量选择路径．目的节点选择路径后,沿所选路径发送路由应答信息至源节点并通知路径中其他节点．信息传输过程中,若所选路径中相邻节点问无线信道或者量子信道中断,将重新发起一个路由发现过程．建立新路由．路径中节点收到路由应答信息后,利用纠缠交换和两端逼近方法,从路径两端向中间节点方向进行纠缠交换,建立量子信道后,通过量子远程传态传输携带信息的量子态,从而实现无线自组织量子通信网络中任意两节点问信息的传递．     

光量子与量子通信

近年来，物理学家成功地将量子理论和信息科学结合起来，提出了许多令人耳目一新的概念、原理利方法．1993年C．H．Bennett提出了量子通信的概念；1997年中国科学家潘建伟与荷兰学者波密斯特合作，在国际上率先完成“量子态隐形传输”(简称隐形传态)试验，这是国际上首次通过实验成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上．     

基于量子系综的准自旋波激发的量子存贮研究

如何利用实际的物理系统存贮光子的量子信息，是当前量子计算和量子通信研究的核心问题之一，近几年来，人们从理论和实验两个方面探讨了利用自由原子系综作为量子记忆体的可能性，最近，基于固定于格点上A型“原子”系综的准自旋波激发的研究，我们提出了实现光子信息量子存贮的新方案，这个方案的目标是为了克眼自由原子系综量子存贮方案中存在的量子态漏损诱导退相干的致命问题，在研究过程中，作者发现了系综型量子记忆体中隐藏动力学的对称性和其绝热暗态演化的选择定则，为了使读者能确切地了解这个工作的意义，文章除了报道这个发表在Physical Review Letters(2003，91：147903)的研究工作外，还扼要地介绍这个方案建立的前期关于原子系综对称集体激发的系列工作。     

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。     

量子逻辑网络的核磁共振实现

利用相位相反技术,设计出了实现精确的CN门的脉冲序列;构造了三量子位的双重控制相位旋转门（CCS门）,它是将核磁共振(NMR)实现Grover量子算法从二量子位推广到三量子位的关键逻辑门,而且,依此方法,可以用NMR实现N量子位的Grover量子算法;还给出了量子Toffoli门以及量子态的各种对称操作的逻辑部件。所有这些逻辑操作都是构建量子态工程的工具。文中大部分脉冲序列己经在实验中得到验证,这些结果对于量子计算的理论研究和实验实现都具有现实意义。     

量子远程态制备及其经典信息代价研究

量子远程态制备（Remote State Preparation，简称RSP）是利用量子纠缠通道如EPR纠缠对和经典通信，发送者Alice帮助远处的接收者Bob在他的实验室制备一个量子态。在RSP中，发送者Alice完全知道所要传送的量子态的信息，即它是属于一种已知量子态的传输过程。     

分子磁体中的量子隧穿及宏观量子效应

文章介绍了分子磁体中的量子隧穿和宏观量子效应理论和实验研究的新进展．分子磁体既有宏观磁体特性也呈现纯量子行为，例如磁化矢量的量子隧穿．文章作者解释了如何通过量子隧穿实现宏观量子相干(即薛定谔猫态的相干叠加)和量子态位相干涉．对隧穿率计算的瞬子方法，特别是有限温度隧穿理论及其在分子磁体量子隧穿中的应用也做了简要的阐述．     

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,当因窃听或强噪音导致译码获得的信息不正确时,则请求发端对该组信息进行编码重传操作.文中对所选用纠缠辅助量子低密度校验码在量子退极化噪音信道下的迭代译码性能进行了仿真,最后对方案的安全性进行了分析论证.     

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。