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.     

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．     

弱测量对四个量子比特量子态的保护

廖湘萍等(Chin.Phys.B 23 020304,2014)指出弱测量和弱测量反转操作可以保护三个量子比特的纠缠,提高保真度.本文将弱测量方法推广至四个量子比特的情况,研究了几种典型四个量子比特量子态的演化.结果表明:在振幅阻尼通道中,弱测量方法能够有效地提高系统量子态的保真度.分析了影响量子态保真度的各种因素,对比了不同量子态的演化特征,划分了量子态保真度提高的敏感区域.最后,对弱测量方法抑制量子态衰减的内在机制做了合理的物理解释.     

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...     

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...     

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.     

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     

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。     

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。     

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。     

束缚纠缠态量子秘密共享的不安全性分析

分析了以Smolin束缚纠缠态作为通道量子态的量子秘密共享方案的安全性.给出了一个简单的来自通信方内部的截获重发攻击策略,这个攻击策略是依赖比对单量子比特测量结果的窃听检测程序所不能检测出来的.结果表明,仅以束缚纠缠Smolin态作为通道量子态的量子秘密共享方案对于来自内部的窃听攻击不是无条件的.     

量子扩散通道中Wigner算符的演化规律

众所周知,量子态的演化可用与其相应的Wigner函数演化来代替.因为量子态的Wigner函数和量子态的密度矩阵一样,都包含了概率分布和相位等信息,因此对量子态的Wigner函数进行研究,可以更加快速有效地获取量子态在演化过程的重要信息.本文从经典扩散方程出发,利用密度算符的P表示,导出了量子态密度算符的扩散方程.进一步通过引入量子算符的Weyl编序记号,给出了其对应的Weyl量子化方案.另外,借助于密度算符的另一相空间表示-Wigner函数,建立了Wigner算符在扩散通道中演化方程,并给出了其Wigner算符解的形式.本文推导出了Wigner算符在量子扩散通道中的演化规律,即演化过程中任意时刻Wigner算符的形式.在此结论的基础上,讨论了相干态经过量子扩散通道的演化情况.     

一类两体三参量态的量子纠缠特性

讨论了一类三参量量子态的纠缠特性.计算了2(×)n量子系统该类态的concurrence,讨论了其形成纠缠度的下限.并计算了m(×)n量子系统(2≤m≤n)该类态的负值度,得到了解析表达式.研究表明参量θ=π/4时,该类量子态的纠缠达到最大值,并归结为已有文献研究的一类二参量量子态.对于2(×)n量子系统三参量量子态,其concurrence等于负值度,所有的PPT态都是可分离的,所有的NPT态都是纠缠的.对于高维情形,三参量态就没有类似的结论.     

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.     

囚禁离子非线性J-C模型量子态保真度

用全量子理论研究驻波激光场与囚禁离子相互作用系统中量子态保真度,详细讨论离子质心在驻波激光场中位置及离子初始状态对保真度的影响.结果表明:随着囚禁离子从远离驻波激光场波节处向波节处移动,量子态保真度振荡频率越来越高,振荡幅度几乎不变,且保真度到达第一个极小值所用时间越来越短,但不会出现信息完全失真;随着囚禁离子处于基态概率增加,量子态保真度振荡频率几乎不变,振荡幅度越来越小,也不会出现信息完全失真;在信息储存或传递过程中,囚禁离子量子态失真比系统和驻波场量子态失真小.     

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     

量子卷积码的编译码方法

对于量子卷积码理论的研究旨在保护长距离通信中的量子信息序列. 定义了量子态的多项式表示形式,根据Calderbank-Shor-Steane(CSS)型量子码的构造方法,给出了CSS型量子卷积码的一种新的编译码方法,描述了编译码网络. 该方法将码字基态变换为信息多项式与生成多项式的乘积,然后用量子态上的多项式乘法操作实现编译码网络. 最后借鉴经典卷积码的译码思想,给出了具有线性复杂度的量子Viterbi算法. 关键词： 量子信息 量子卷积码 编译码 纠错算法     

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.     

基于光量子态避错及容错传输的量子通信

量子通信以量子态为信息载体在远距离的通信各方之间传递信息,因此量子态的传输和远距离共享是量子通信的首要步骤.信道噪声不仅会影响通信效率还可能被窃听者利用从而威胁通信安全,对抗信道噪声是实现安全高效量子通信亟需解决的问题.本文介绍基于光量子态的两类对抗信道噪声的实用方法——量子态的避错传输和容错的量子通信,包括对抗噪声的基本原理和两种方法的代表性方案,并从资源消耗和可操作性的角度分析了方案的实用价值.