多粒子纠缠W态的多控制隐形传输和保真度的研究

讨论了三粒子纠缠W态的三人控制的隐形传输和控制方中有一个人、两个人和三个人不合作时接收方获得发送方的量子态的保真度,接着研究了多粒子纠缠W态的多控制隐形传输的方案,并且讨论了当有X个控制方不合作时接收方获得发送方的量子态的保真度.     

中国科技大学在量子信息实验领域取得重大突破“粒子五胞胎”创造新纪录

7月1日，国际著名的《自然》杂志发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)潘建伟教授等完成的重大研究成果：在国际上首次通过实验实现了五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐形传输．这是该杂志继去年5月22日以封面文章的形式发表潘建伟等关于任意纠缠态纯化后，又一次发表该研究小组的重大成果．该成果再次表明，我国在多粒子纠缠态的研究方面成功超越了美、法和奥地利等发达国家，进入国际领先水平．     

双光子复合量子态的隐形传输

量子态的隐形传输借助于粒子对的纠缠，它在量子通信和量子计算中有重要应用，相互纠缠的粒子之间关联极强，无论两粒子相隔多么遥远．它们的状态只能用二者的联立行为描述，而不可能被单独描述，中国科学技术大学郭光灿教授曾用身处异国的母女来比喻纠缠关联：身在美国的女儿生下了自己的孩子，生活在中国的母亲，其身份自然地变更为母亲兼外婆．也就是说，女儿的变化必然决定母亲的变化。     

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.     

利用信息流方法优化多激发自旋链中的量子态传输

研究了量子态在一条均匀耦合的反铁磁自旋链中传输时, 信道中自旋激发数变化对其传输性质的影响. 利用信息流方法分析输出端粒子的算符演化动力学, 获得了量子态传输的平均保真度与信道自旋初态之间的关系. 结果表明, 平均保真度的大小只依赖于信道中自旋激发数的奇偶性. 通过比较在奇偶激发信道中获得的最大平均保真度, 构建了优化信道来提升量子态在自旋链中的传输质量. 进一步分析了纠缠在激发信道中的传输情况, 发现纠缠的传输质量不仅和信道中自旋激发的具体个数有关, 还取决于激发自旋的初始排列. 特别地, 当信道中自旋无激发或全部激发时, 纠缠传输的大小和持续时间都优于其他的激发信道. 上述研究结果有助于在实际系统中搭建适合量子态和纠缠传输的量子信道.     

基于最大权重值纠缠分发的量子无线多跳网络路由协议研究

针对量子节点间建立链路所消耗纠缠资源的差异,使用权重数值来量化现实环境对各个量子节点的影响,并根据权值确定纠缠粒子的分发。在此基础上提出一种针对量子无线多跳网络的路由协议,该协议以纠缠利用率作为路由度量条件,通过基于最大权重值的纠缠粒子分发方式和并行纠缠交换建立量子信道,实现量子态的传输。仿真分析表明,使用该路由协议可以精确找出网络中符合度量条件的量子链路,同时该路由协议中使用并行纠缠交换的交换方式降低了量子态传输的时延,在节点数为15时,并行交换比串行交换的平均时延降低了50%,而且随着链路中节点数的增加,两者的时延差异将会越来越大。为方便分析各仿真节点的权重值均设置为1至15的随机整数,通过对5节点的链路进行多次仿真发现使用基于最大权重值纠缠粒子分发方式能够传送的量子态的平均个数为14,基于串行的分发方式能够传送的量子态的平均个数为7。     

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...     

用非最大纠缠信道对任意二粒子纠缠态的量子秘密分享

提出一个对任意二粒子纠缠态在N者之间的量子秘密分享方案,该方案利用非最大纠缠Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对作为量子信道,利用广义的贝尔基进行测量.接收者通过引入辅助粒子,并对其做选择性测量,就会概率性地得到最初的量子态. 关键词： 非最大纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)对 广义的贝尔测量     

未知高维量子态的概率隐形传送

研究了未知的多维量子态的概率量子隐形传送问题.文中提出利用一个部分的三维两粒子纠缠态作为量子通道,概率传送未知的三维单粒子态的方案;然后通过利用两个部分的三维两粒子纠缠态作为量子通道,又提出了一种概率隐形传送未知的三维两粒子纠缠态的方案.并且对它们进行了推广:通过利用N个部分的d维两粒子纠缠态作为量子通道,可以把这种方案直接推广到未知的d维N粒子纠缠态的概率量子隐形传送.同样地,我们详细地列出了每个接收者所用的各种幺正变换.这样,我们就把未知的两维量子态的概率量子隐形传送问题研究推广到三维或多维量子态的概率量子隐形传送.与先前的研究方案相比,本文所提方案具有下列优点:处理方法不同,具体地说是在隐形传送的过程中所利用的幺正变换形式不同.在我们的方案中,接收者将引进一个具有初态为|0》A的d-维辅助粒子A,幺正变换U2采用d2×d2矩阵形式(对三维量子态来说d=3);而先前方案的接收者引进的是一个具有初态为|0》A的两维辅助粒子A,幺正变换U2采用2d×2d矩阵形式,即实际上就是过去方案的形式.也就是说,他们对其它粒子是进行多维处理,而对接收者引进的辅助粒子A只进行两维处理.     

N粒子量子纠缠态的隐形传送

该文提出了一个利用N对二粒子纠缠态作为量子通道实现N粒子纠缠态的隐形传送的方案.发送者对需传送的N粒子量子态与属于自己的纠缠对中的粒子分别进行N次Bell基测量,并将测量结果通过经典通道告诉接受者,接受者根据这些信息对自己拥有的N个粒子进行相应的联合幺正变换,可使这N个粒子处于待发送的原始量子态,从而实现概率为1的量子态的隐形传送.     

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。     

四粒子任意纠缠态的控制隐形传输

隐形传送体系的总量子态的实质是完备基展开与变换算符的线性叠加,若变换算符可逆,且为幺正算符,则进行相应的逆幺正变换操作即可实现量子态的隐形传送;若变换算符不可逆,则不能实现任意量子态的隐形传送.本文由变换算符给出四粒子任意纠缠态的控制隐形传输的理论分析,给出控制方对拥有的粒子进行Hadamard门变换与不进行.Hadamard门变换的解释.     

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.     

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     

量子隐形传送态的正交完备基展开与算符变换

由波函数的叠加原理与变换算符出发，以三对任意纠缠的粒子作为量子通道对一个任意的三粒子态实现隐形传送为例，将体系的总量子态按Bell基展开，理论上接受者只需直接对自己拥有的粒子进行相应的变换，可使这三粒子恢复原始量子态，从而实现任意量子态的隐形传送.给出了变换算符与实际操作算符的联系.进一步可得出变换算符可逆是成功实现量子隐形传送的必要条件. 关键词： Bell基展开 隐形传送 变换算符     

利用拉曼型的Jaynes-Cummings模型传送两比特的未知原子态

实现量子态的隐形传送、尤其是多比特量子态的隐形传送在量子信息领域中有非常重要的作用，提出了一种隐形传送两比特未知原子态的方案，在此方案中，用两个两粒子纠缠态代替一个三粒子纠缠态作为量子信道，而且此方案可推广到隐形传送N比特的未知原子态。     

N粒子量子态的隐形传送的理论分析

在量子态的隐形传送中,如果要对一个任意N粒子态实现隐形传送,发送者Alice 和接受者Bob 之间须建立一个非局域的2N个纠缠粒子作为量子通道,发送者对需传送的N粒子量子态与属于自己的纠缠对中的粒子分别进行N次Bell基测量,则将有2~(2N)个塌陷态,即有2~(2N)个变换算符,本文推导出变换算符的计算公式,并给出这2~(2N)个变换算符之间的关系,从而使接受者对自己拥有的粒子进行相应的变换大为简便,进一步由变换算符性质分析量子隐形传送的必要条件及成功几率.     

连续变量量子态的光学操控

量子态的光学操控是指在光场的传输、存储和频率变换等过程中用光学方法对光场的量子态进行操作与控制.量子态操控是量子通讯及量子态制备和应用的基础.在简要介绍连续变量多组份纠缠态光场制备的基础上,概述基于多组份纠缠态光场的连续变量量子通讯网络及在执行压缩态和纠缠态光场操控方面的实验研究进展.     

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.     

轨道角动量态的量子存储（英文）

轨道角动量(OAM)光束在精密测量、微小粒子的操控以及基础物理研究等领域具有重要的应用。基于OAM编码的光信息处理由于其大信道容量的优点成为经典和量子通信领域的研究热点,并已在近几年取得了许多突破性进展。在量子信息领域,量子中继是克服通信保真度随传输距离呈指数衰减、实现长距离量子通信的关键技术,其中用于存储量子信息的光量子存储器是组成量子中继的关键器件。尽管人们已成功实现了编码于偏振、路径、time bin等自由度的量子态的存储,然而到2013年以前,存储编码于OAM自由度的量子态的量子存储器仍未实现。近年来我们研究组一直专注于OAM量子态的存储实验研究。本文在概述了量子存储器的各项性能标准后,着重介绍我们组在OAM量子态存储方面取得的一系列研究进展:包括OAM量子比特(qubit)和量子三维态(qutrit)、二维和高维OAM纠缠态以及包含OAM自由度的超纠缠和杂化纠缠的量子存储。这些进展为未来构建高维量子信息网络奠定坚实的基础。