在有限温度下运用弱测量保护量子纠缠

根据单量子比特的映射, 提出一个在有限温度下运用弱测量保护两量子比特纠缠的方案. 在两个可通过局域幺正变化实现的等价的初始纠缠进入广义振幅阻尼信道前后, 对其分别进行弱测量, 并对四个弱测量的参数做全面的优化, 获取最大共生纠缠C_r 和弱测量参数m, n的解析表达式, 然后再进一步研究弱测量参数与信道参数的关系. 发现这种基于弱测量的纠缠保护方法在某些情况下可以有效地提高纠缠, 甚至可以避免纠缠的突然死亡. 当信道参数r一定时, 对不同的参数p,初始态|ψ>纠缠达到最大值时对应的弱测量参数m的取值一样, 共生纠缠关于p=0.5对称, 而初始态|φ>对应的参数m的取值不同; 在参数p一定、参数r不同、初始态|ψ>或|φ>的情况下, 当纠缠度取最大值时, 弱测量参数m的取值不变, 且随着r的增加, 纠缠度减少. 通过对信道参数的分析, 发现可以选择合适的信道参数和初始态来获得较大的纠缠.     

在超强耦合条件下对量子比特纠缠保持的研究

研究了与处于相干态的量子谐振腔相耦合的,具有相互作用的两个量子比特的动力学问题。量子比特与量子谐振腔之间处于超强耦合并且它们之间的失谐量很大。利用绝热近似的方法,可以通过选择量子谐振腔相干态的平均粒子数、量子谐振腔与量子比特的耦合强度、量子谐振腔以及量子比特各自的频率和量子比特之间的相互作用强度这4个参数,来保持量子比特的纠缠。如果量子比特之间的相互作用强度为负数,可以使它们之间的纠缠保持很长时间。这些结果不同于之前的研究,并做出了对应的解释。保持纠缠使得上述结果可能会应用到量子信息处理中。     

拓扑保护的集成量子纠缠光源

<正>量子信息^[1]与拓扑物理学^[2]是由量子力学衍生而来的两个全然不同的重要学科分支,其中量子纠缠与拓扑相既是基础物理研究的核心内容,也是前沿技术发展的关键物理资源。量子纠缠是量子计算、量子模拟和量子通信等应用中的关键资源,约20个量子比特的量子纠缠态已在光子、超导、离子和原子等体系实现。然而,     

Bose-Hubbard模型中系统初态对量子关联的影响

量子关联是量子信息、量子计算与量子计量领域的重要资源, 在量子纠缠和贝尔非局域性中, 两子系统起着同等关键的作用, Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)量子引导关联的强度介于量子纠缠和贝尔非局域性之间, 对单向EPR量子引导关联而言两子系统的作用不对等. 本文研究了双模Bose-Hubbard模型中模间量子关联的动态特性, 揭示了EPR量子引导关联的取向对系统初态模间交换对称性的依赖关系. 根据Hillery-Zubairy纠缠判据以及基于最大平均量子Fisher信息的纠缠判据考察了系统初态对模间量子纠缠演化规律的影响. 如果模间耦合强度远大于同一势阱内粒子间的相互作用, 初始处于SU(2)相干态的系统在具有确定的两子系统交换对称性的条件下, 其量子关联呈现简单的周期性演化规律; 当这种对称性破缺时, 模间量子关联的演化呈现较复杂的崩塌与回复现象.     

基于量子Fisher信息的量子计量进展

量子计量是超冷原子气体研究中的一个热点领域.超冷原子体系独特的量子性质(量子纠缠)和量子效应有助于大幅度提高待测物理量的测量精度,这已经成为量子精密测量中的共识.量子Fisher信息对该领域的发展起了非常重要的作用.本文首先介绍量子Fisher信息的基本概念和量子计量的主要内容;然后简要回顾这些理论在提高测量精度方面的应用,特别是多粒子量子纠缠态的产生及其判定;再介绍线性和非线性原子干涉仪的相关进展;最后论述量子测量过程中的统计方法的研究进展.     

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.     

实现光子的远程量子操作

量子纠缠的非局域性质为量子信息应用提供了强有力的工具,利用量子纠缠态可以实现量子隐形传态、量子密集编码、量子密码、远程量子态制备、远程量子态测量.这里,我们将给出一个基于两粒子纠缠态的利用局域操作和经典通信的远程量子操作的实验方案.该方案可以实现对单光子偏振态在Bloch球空间中绕固定方向进行任意旋转操作,或者绕任意方向进行180度旋转操作.     

级联环境中两比特纠缠态的量子非局域关联检验研究

量子纠缠态经级联环境中演化的量子非局域关联检验研究具有重要的现实意义。基于Hardy-type佯谬检验方案，本文分别以两比特量子纯态和混合态为研究对象，研究了其在级联环境中演化后的量子非局域关联检验情况。分析了纠缠态和腔的耦合强度、腔和库的耦合强度比值κ/γ以及马尔科夫环境和非马尔科夫环境对量子非局域关联检验的影响情况。结果表明，在马尔科夫环境中，且κ/γ越小，成功进行量子非局域关联检验的演化时间越长。进一步给出了量子混合态能够成功进行量子非局域关联检验的混合度参数m的范围，并给出了量子混合态经级联环境演化后，可成功进行量子非局域关联检验的演化时间范围。     

两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性

在非旋波近似下, 利用相干态正交化展开方法, 对两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性进行了精确计算. 讨论了在共振时, 两量子比特和谐振子耦合系统基态的性质以及量子比特和谐振子之间的纠缠与量子比特-量子比特间的纠缠的不同. 结果表明: 当不考虑外场时, 量子比特-量子比特间的纠缠随着耦合强度的增大从1迅速地减小到零, 表明了量子比特-量子比特间的纠缠对耦合强度是非常敏感的; 而量子比特和谐振子之间的纠缠随着耦合强度的增大从零迅速地增大, 但不能达到理论上的最大值2; 当初始时刻两量子比特没有纠缠时, 在弱耦合强度下, 真空场不能导致纠缠的产生; 而强的耦合非旋波效应则可以导致纠缠的突然产生现象. 关键词： 相干态正交化展开 非旋波近似 量子纠缠     

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．     

量子比特间相互作用对同量子谐振腔强耦合的量子比特纠缠性质的影响

在拉比模型中加入了量子比特之间的相互作用,并用绝热近似的方法求解拉比模型,同时探讨相互作用项对于量子比特纠缠的影响。一个显著的结果是通过选择合适的相互作用参数,可以延长量子比特之间纠缠的时间或提高纠缠度。产生和保持纠缠是量子信息处理的核心。     

基于量子Fisher信息测量的实验多体纠缠刻画

量子Fisher信息在量子度量与量子信息领域的研究中至关重要,然而在实验中的提取却十分棘手,尤其是对于大尺度的量子系统.这里我们发展了利用测量量子态间重叠的方式来高效提取量子Fisher信息的方法,对于纯态而言,这种方法只需要在量子系统中引入一个额外的辅助比特并施加单次测量即可实现.相对于以往的量子Fisher信息提取方法,需要更少由测量带来的时间资源消耗,因此高效且具有扩展性.我们将这种方法应用于经历量子相变的三体相互作用系统中多体纠缠的刻画,并使用核磁共振量子模拟器实验展示了该方案的可行性.     

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.     

基于非对称量子通道受控QOT量子投票协议

提出一种量子投票协议, 协议基于非对称量子通道受控量子局域幺正操作隐形传输(quantum operation teleportation, QOT). 由公正机构CA提供的零知识证明的量子身份认证, 保证选民身份认证的匿名性. 计票机构Bob制造高维Greenberger-Horne-Zeilinger 纠缠态建立一个高维量子通信信道. 选民对低维的量子选票进行局域幺正操作的量子投票, 是通过非对称基的测量和监票机构Charlie的辅助测量隐形传输的. Bob在Charlie帮助下可以通过幺正操作结果得到投票结果. 与其他一般的QOT量子投票协议相比, 该协议利用量子信息与传输的量子信道不同维, 使单粒子信息不能被窃取、防止伪造.选举过程由于有Charlie的监督, 使得投票公正和不可抵赖.由于量子局域幺正操作隐形传输的成功概率是1, 使量子投票的可靠性得以保证. 关键词： 量子投票 高维GHZ纠缠态 非对称基测量 量子操作隐形传输     

利用Λ型原子与双模腔场的相互作用进行量子信息处理

利用Λ型三能级原子与一个两模腔场在两光子共振和单光子大失谐条件下的相互作用模型，给出了制备两个和三个远距离的腔场的纠缠态和如何实现一个量子比特的原子态的远距离转移、纠缠态的转移的方案；同时找到了一种不用进行Bell基测量而实现纠缠交换的方法；构造了实现量子交换门的操作.最后对实验的可行性进行了分析. 关键词： 量子信息处理 Λ型原子 双模腔场 相互作用     

Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和内禀消相干对基于两量子比特Heisenberg自旋系统的量子密集编码的影响

通过求解Milburn方程, 研究了内禀消相干条件下包含Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用的两量子比特Heisenberg自旋系统实现的量子密集编码最佳传输容量的演化特性, 分析了不同方向DM相互作用、不同初态、各向异性以及内禀消相干因子等参数对最佳编码容量的影响. 研究表明: 初态的选择对系统密集编码最佳传输容量的影响很大, 不同类型初态下密集编码容量的依赖参数不完全相同; 当系统初态处于c|01>+ d|10> 形式的非最大纠缠时, 引入较弱的DM相互作用z分量可提高最佳编码容量; 相位消相干可抑制最佳编码容量的涨落并使其在长时间演化下趋于稳定. 研究还发现: 内禀消相干下, 通过选取合适的最大纠缠初态, 系统密集编码的最佳传输容量能够保持理想极大值2; 而且无论引入哪个方向的DM相互作用, 基于两量子比特Heisenberg自旋系统的最佳编码容量总可优于经典通信的传输容量.     

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。     

基于部分测量增强量子隐形传态过程的量子Fisher信息

量子Fisher信息(QFI)是量子度量学中的一个重要物理量,可给出预估参数精度的最优值.本文研究如何引入弱测量和测量反转操作,来提高有限温环境下以Greenberger-Horne-Zeilinger态作为量子通道的隐形传态过程中的QFI.依据隐形传态过程中量子比特的传输情形,考虑了三种不同方案相应的QFI.首先,通过构造每种量子隐形传态方案的量子线路图,分析了QFI与推广振幅衰减噪声参数的变化关系.随后对各种方案中的受噪声粒子施加弱测量和测量反转操作,并对相应的部分测量参数进行优化,着重探讨了施加最优部分测量操作后QFI的改进量.结果表明,经过优化后的部分测量操作能有效提高有限温环境下量子隐形传态过程输出态的QFI;而且量子系统所处的环境温度越低,QFI的提高效果可越显著.     

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”。     

两任意量子比特Rabi模型的纠缠演化特性

利用相干态正交化(ECS)法,讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,选取量子比特初态为交换对称的贝尔态,选取光场初态为真空态,分析了不同跃迁频率和不同光场-量子比特耦合强度下量子比特的纠缠演化特性。研究结果表明,在弱耦合情况下,当两个全同的量子比特的跃迁频率与光场频率的差值相同时,纠缠演化几乎相同;当非全同的量子比特跃迁频率相对光场频率对称失谐时,纠缠度比全同时大,失谐量越大,纠缠越强,且纠缠的变化周期与失谐量成反比。在共振情况下,当耦合强度不相等时,两量子比特纠缠演化存在主极大与次极大交替出现的现象;保持其中一个量子比特与光场的耦合强度不变,另一量子比特的耦合强度越强,次极大的峰值越大,但主峰峰值始终能达到最大纠缠;整个过程中纠缠演化表现出周期性。