概率性的量子态远程操作

提出一种理论方案,利用量子纠缠特性,实现对量子态的远程操作.采用两粒子非最大纠缠态作为资源,借助于辅助量子位,实现态算子的制备,并利用态算子特性,我们能够以一定的概率实现对量子态的远程操作.这种非局域的操作是量子世界特有的现象,这方面的研究有助于对量子力学基本问题的探讨.     

量子直接传态

把一个任意量子态在既有噪声又有窃听的信道下安全可靠地传输,是一个广泛而重要的问题.现在已有的方法是先传输大量的Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)纠缠对,然后进行纠缠纯化,获得一对近似完美的纠缠对,再进行隐形传态或者远程态制备来传输量子态.本文给出一种直接安全传输量子态的方法,通过使用量子直接通信,安全地传输大量同样的任意量子态,然后利用单量子态的纯化方法,得到一个近于完美的量子态.这是一种不需要量子纠缠的量子态安全传输方法,避免使用纠缠资源.这种方案是量子隐形传态和远程态制备之外的又一途径.此外,这一方案将原来只是用来传输经典信息的量子安全直接通信扩展到传输任意量子态的新领域,扩大了量子直接通信的用途.这一方案将在未来量子互联网中有重要的应用.     

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.     

利用广义Bell态信道联合远程制备一个任意三量子比特态

研究了一个联合远程制备任意三量子比特态的方案。该方案利用广义的Bell态作为量子信道,两个发送者分别选择合适的测量基进行测量,然后利用经典信道把测量结果传送出去,接收者根据测量结果对自己手中的粒子采取适当的幺正操作,然后引入辅助粒子并进行选择性测量,就能概率性的得到想要制备的量子态。研究结果表明:利用不同形式的广义Bell态信道成功实现联合远程制备一个任意三量子比特态的概率是一样的,当量子信道处于最大纠缠态时,可以得到最大的成功概率。     

利用非稳定子态容错实现密集旋转操作

Non-Clifford操作不能在量子纠错码上自然横向实现, 但可通过辅助量子态和在量子纠错码上能横向实现的Clifford操作来容错实现, 从而取得容错量子计算的通用性. 非平庸的单量子比特操作是Non-Clifford操作, 可以分解为绕z轴和绕x轴非平庸旋转操作的组合. 本文首先介绍了利用非稳定子态容错实现绕z轴和绕x轴旋转的操作, 进而设计线路利用魔幻态容错制备非稳定子态集, 最后讨论了运用制备的非稳定子态集模拟任意非平庸单量子比特操作的问题. 与之前工作相比, 制备非稳定子态的线路得到简化, 成功概率提高, 且在高精度模拟任意单量子比特操作时所消耗的非稳定子态数目减少了50%. 关键词： 容错量子计算 非稳定子态 魔幻态 Clifford操作     

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。     

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。     

两比特纯态纠缠的直接测量

研究了如何在不需要量子态重构的前提下直接测量一个两比特任意纯态的纠缠concurrence。设计了一个concurrence的直接测量量子线路,即通过对待测纠缠粒子对的两个全同拷贝实施σz操作、单比特R旋转操作以及奇偶宇称校验检测,使得concurrence被编码在最后获得某些状态的概率中,从而实现对concurrence的直接测量。在给出concurrence直接测量的量子线路的基础上,基于光学系统设计了一个直接测量光子偏振纠缠concurrence的物理方案,实现两比特耦合的奇偶宇称校验检测操作只出现一次,大大降低了方案的复杂度。另外,该方案可实现远程纠缠态的纠缠直接测量。     

基于四组分纠缠态的量子离物传态

提出了一种利用四组分纠缠态光场实现开放传输的量子离物传态网络的实验方案。将未知量子态在输入节点与纠缠态光场的一个子模进行联合测量后,可以根据需求选择经典通道的传输方向,在其他任意一个节点处恢复出该量子态。通过计算由三种不同传输方式恢复出的量子态的保真度,证明了三种方式均可成功实现量子离物传态,达到开放传输的目的。     

纠缠相干态的纠缠浓缩

利用线性光学元器件对光场量子态进行操纵,可以实现远程的量子纠缠调控和量子通讯.通过分析光学分束器对相干态光场的作用,发现当初始光场态是两个两部分纠缠态的直乘时,让其中的两模通过光学分束器作用后再对其进行光子计数,另外两模将会塌缩到新的纠缠态.基于这个特点,提出了一个实现部分纠缠相干态纠缠浓缩的方案.在这个方案中,两个部...     

利用双模压缩真空态实现量子态的远程传输

借助于双模压缩真空态在EPR纠缠态表象中的表示，研究了用双模压缩真空态作为量子通道 实现任意的单模和双模量子态的远程传输. 关键词： 量子隐形传态 EPR纠缠态 压缩真空态     

远程态制备和远程态测量用核磁共振实验实现

量子隐形传态利用一最大的纠缠通道,经过局域操作和经典通讯(LOCC),将任意一未知量子态从发送者(Alice)传送到远处的接收者(Bob),消耗一个纠缠比特(ebit)和两个经典比特(bit),即1ebit+2cbit*1qubit.     

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.     

弱测量操作后的量子纠缠态的可逆性

对弱测量操作后的量子纠缠态实施可逆性操作,采用共生纠缠的方法度量纠缠态的强度,分析对比初始纠缠态强度和弱测量操作后的纠缠强度,探究对弱测量后的量子纠缠态逆转的可行性。以两体量子纠缠态为例,将处于纠缠态的两二能级原子分别置于高品质真空腔场中并进行弱测量操作和可逆性操作,研究两体系统量子纠缠态纠缠强度的动力学特性。数值分析表明,弱测量操作后通过可逆性操作可以实现系统量子纠缠的恢复,弱测量后量子态纠缠强度经可逆性操作可使其恢复到初始状态值,即通过可逆性操作方案可修复弱测量对量子态的干扰影响。     

纠缠相干态的纠缠浓缩

利用线性光学元器件对光场量子态进行操纵,可以实现远程的量子纠缠调控和量子通讯.通过分析光学分束器对相干态光场的作用,发现当初始光场态是两个两部分纠缠态的直乘时,让其中的两模通过光学分束器作用后再对其进行光子计数,另外两模将会塌缩到新的纠缠态.基于这个特点,提出了一个实现部分纠缠相干态纠缠浓缩的方案.在这个方案中,两个部分纠缠相干态被用来作为量子信道,通过光学分束器作用后对光场进行光子数探测时,如果测量到光场的两模分别处于奇光子数态和零光子数态,则光场另外的两模将塌缩到最大纠缠态,从而完成纠缠浓缩的过程.计算结果表明,对于纠缠相干态,无论其初始的纠缠是多么微弱,利用这种方法总有一定的几率可以从中提纯出最大纠缠态.     

利用一般的纠缠态进行确定性的远程态制备

远程态制备是一种新的传送量子态的方法,发送者确切的知道她所传送的量子态.如果不利用纠缠,要进行确定性的任意态的远程制备需要传递无穷多的经典信息.我们发现使用一般的纠缠纯态就可以将态制备中的经典通信量降为一个有限值,该值的大小和所使用的纠缠态有关.     

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.     

利用非局域控制非门操作纯化三粒子纠缠态

提出了两套三粒子纠缠态的纯化方案.第一个方案选择部分纠缠GHZ态作为量子通道,利用具有一个控制位和一个靶位的非局域控制非门操作和采用集体么正操作及适当地制备三粒子A,B和C的初始态,可以以最佳几率2|β|2获得最大三粒子纠缠态.第二个方案选择EPR对作为量子通道,通过利用具有一个控制位和两个靶位的非局域控制非门操作和采用集体么正操作及适当地制备三粒子A,B和C的初始态,可以以与第一个方案相同的几率获得最大三粒子纠缠态.两个方案都可以推广到N粒子纠缠态的纯化.     

基于(2m+1)粒子纠缠态的任意m粒子态量子可控离物传态(英文)

提出了一个基于高维2m+1粒子纠缠态的任意m粒子态量子可控离物传态方案,发送方Alice对需传送的未知态量子系统和手中的纠缠粒子执行m个广义Bell基测量,控制方执行广义X基测量,依据预先共享量子纠缠态非定域相关性,接收方对手中的粒子执行相应的幺正操作就可以重建原来未知量子态.与其他方案相比,方案减少了任意高维多粒子态可控离物传送所需传送粒子数.我们进一步讨论了基于纯纠缠信道的概率量子可控离物传态方案,通过与发送方和控制方合作,接收方只需对手中的纠缠粒子和引入的附加粒子执行联合幺正演化和投影测量,就可以在他的粒子上概率的重建原来的未知量子态,最后,方案计算讨论了基于纯纠缠态量子可控离物传态成功概率与信道纠缠度之间的关系.     

基于局域操作下的两量子比特混态纠缠蒸馏实验研究

最大纠缠态在量子信息传输和处理过程中是最重要的资源之一，因此从退化的纠缠态中提炼出最大纠缠态一直是量子信息基础研究中的一个重要课题．根据Verstraete F等人在Phys．Rev．A，2001，64：010101（R）上提出的有效的方法，文章作者在实验上证明了基于局域操作下的两种形式的两量子比特混态纠缠蒸馏最佳协议．从原则上讲，文章的实验也可以容易地应用于任意两量子比特部分混合态的纠缠蒸馏．此外，作者还对经过蒸馏的第一类混合量子态进行Clauser-Home-Shimmony-Holt（CHSH）不等式的检测，以验证它的“隐藏非局域性”。