利用量子相干性判定开放二能级系统中非马尔可夫性

从量子相干性包括l₁ norm相干性和量子相对熵相干性的角度建立了判定开放量子系统中非马尔可夫过程的方法, 并给出了相应的判别条件. 作为它们的具体应用, 研究了一个两能级系统分别经历相位衰减通道、 随机幺正通道和振幅耗散通道作用时对应的非马尔可夫过程发生必须满足的条件. 对于三种通道模型, 得到了l₁ norm相干性对系统任意态非马尔可夫过程发生的判别条件, 并发现在相位衰减通道和振幅耗散通道中其非马尔可夫过程发生 的条件与用其他方式如信息回流、可分性和量子互熵给出的条件是相同的, 而在随机幺正通道中给出了一个新的且不完全等价于基于信息回流和可分性对应的条件. 至于量子相对熵相干性, 在相位衰减通道中得到了对系统任意态的非马尔可夫过程发生的具体条件, 并发现该条件也等同于基于信息回流、可分性和量子互熵给出的条件. 而在随机幺正通道和振幅耗散通道中得到了系统最大相干态对应的非马尔可夫过程发生的条件.     

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.     

运用量子约束动力学对具有耗散的量子位的追踪控制

在有限温度环境内，量子约束动力学及其追踪控制可使退相干系统的相干性稳定一段时间.约束方程产生的控制场能够按量子比特的动力学状态进行控制(量子动力学轨道的反馈控制)；依靠量子比特的这种反馈效应，可使量子位稳定在设定的时间内.同时，在量子位的稳定方面，温度扮演一种消极的角色. 关键词： 量子约束动力学 耗散量子位的控制 追踪控制 量子比特的反馈效应     

核磁共振中的量子控制

近年来, 随着量子信息科学的发展, 对由量子力学原理描述的微观世界的主动调控已成为重要的前沿研究领域. 为构造实际的量子信息处理器, 一个关键的挑战是: 如何对处于噪声环境下的量子体系实现一系列高精度的任意操作, 以完成目标量子信息处理任务. 为此, 人们将经典系统控制论的思想方法延伸到量子体系的领域, 提出了大量的量子控制方法以及相关的数值技术(如量子优化控制、量子反馈控制等), 并取得了丰富的研究成果. 核磁共振自旋体系具备成熟的系统理论和操控技术, 为量子控制方法的实用性研究提供了优秀的实验测试平台. 因此, 基于核磁共振的量子控制成为量子控制领域的重要方向. 本文简要介绍了量子控制的基本概念和方法; 从系统控制论的角度对核磁共振自旋体系的基本原理和重要控制任务做了阐述; 介绍了近些年来在该领域发展的相关控制方法及其应用; 对基于核磁共振体系的量子控制的进一步的研究做了几点展望.     

零差检测量子反馈下的相位估计

考虑零差检测量子反馈下的单模腔场与二能级原子相互作用系统，研究反馈控制和初始状态对量子相位参数估计的影响。结果表明：无反馈时，量子费希尔信息随时间很快衰减。然而，在初始参数θ和φ均取π/2时，反馈参数λ=±0.5左右量子费希尔信息达到最大值，该结果表明只要参数选择合适，零差检测量子反馈可以使得量子费希尔信息的衰减有效延缓，二能级原子相位估计精度的上限提高。此外原子初始状态的权重参数和相对相位对量子费希尔信息的演化也有很大影响。     

全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案

偏振控制在光通信中是至关重要的技术, 关系着通信系统的稳定性和误码率. 本文提出一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案, 通过调节环中一个光纤电光相位调制器的相位差而精确控制光场偏振方向, 并且实现了单个端口输出各种偏振态, 无需后续耦合操作. 相位控制精度为10^-3 rad, 最大消光比可达30 dB, 工作速率可达2 GHz. 由于本方案的精度、调制速度和稳定性都很高, 并采用了器件简单、成本低廉的全光纤光路, 易于集成, 在量子保密通信等光通信领域中有很好的应用前景. 关键词： 光纤偏振控制器 Sagnac环 量子通信     

控制的量子隐形传态和控制的量子安全直接通信

我们提出了一个控制的量子隐形传态方案。在这方案中，发送方Alice 在监督者Charlie的控制下以他们分享的三粒子纠缠态作为量子通道将二能级粒子未知态的量子信息忠实的传给了遥远的接受方Bob。我们还提出了借助此传态的控制的量子安全直接通信方案。在保证量子通道安全的情况下， Alice直接将秘密信息编码在粒子态序列上，并在Charlie控制下用此传态方法传给Bob。Bob可通过测量他的量子位读出编码信息。由于没有带秘密信息的量子位在Alice 和Bob之间传送，只要量子通道安全， 这种通信不会泄露给窃听者任何信息， 是绝对安全的。这个方案的的特征是双方通信需得到第三方的许可。     

级联四波混频相干反馈控制系统量子纠缠特性

本文在级联四波混频结构基础上,利用光学分束器作为反馈控制器理论构造了一种相干反馈控制系统.考虑相干反馈回路中光束传输损耗以及原子对光束吸收损耗,通过计算系统的协方差矩阵以及利用部分转置正定判据,分析了该系统在不同反馈强度、增益以及相位下的纠缠特性.结果表明,系统存在真正的三组份纠缠,但是反馈控制器过度反馈会破坏系统的三组份量子纠缠特性.另外,将相位设为180°,通过适当改变增益大小以及在0.1—0.4范围内调节分束器反射率的大小可以增强系统的量子纠缠程度.本文为实验上基于级联四波混频相干反馈控制系统制备多组份纠缠奠定理论基础,在量子通信领域有着潜在应用.     

量子Turbo码

量子纠错编码技术在量子通信和量子计算领域起着非常重要的作用.构造量子纠错编码的主要方法是借鉴经典纠错编码技术,目前几乎所有经典纠错编码方案都已经被移植到量子领域中来,然而在经典编码领域纠错性能最杰出的Turbo码却至今没有量子对应.提出了一种利用量子寄存器网络构造量子递归系统卷积码的简单实现方案,同时利用量子SWAP门设计了一种高效的量子交织器门组网络方案.最后仿照经典Turbo码的设计原理提出串行级联的量子Turbo码,同时提出了可行的译码方法.量子Turbo码不仅丰富了量子纠错码研究的领域,同时为解释 关键词： 量子递归系统卷积码 量子Turbo码 量子纠错编码 量子信息     

量子稀疏图码的反馈式迭代译码

量子稀疏图码的译码可以由基于错误图样的和积译码算法来实现.本文在此基础上构建了一个新的反馈式迭代译码算法.其反馈策略不仅仅重新利用了错误图样,而且还利用了稳定子上相应元素的值和信道的错误模型.由此,本方法一方面可以克服传统的量子和积译码算法中遇到的所谓对称简并错误,另一方面还能反馈更多的有用信息到译码器中,帮助其产生有效的译码结果,大大提高译码器的译码能力.另外,本算法并没有增加量子测量的复杂度,而是对测量中所能获得的信息的更充分利用.     

基于SQUIDs和腔场相互作用传送量子信息的方案

本文提出了一个基于SQUIDs和腔场的大失谐相互作用传送量子信息的方案,此方案可以直接地、百分之百地实现量子信息的传送.该方案中腔场和SQUIDs系统之间没有量子信息的传递,腔场只是虚激发,这样对腔的品质因子的要求大大的降低了.同时也可以在SQUIDs之间建立传送量子信息的量子网络.     

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.     

基于极化-空间模超纠缠的量子网络多跳纠缠交换方法研究

基于纠缠交换方法进行多跳量子信息传输,是实现远距离量子网络通信的基本方式之一.传统的多跳量子网络通常使用单自由度极化光子纠缠态作为量子信道,信息传输容量较低且容易受到噪声的干扰.本文提出一种基于超纠缠的高效量子网络多跳纠缠交换方法,利用极化-空间模式两自由度的纠缠光子,建立超纠缠量子多跳信息传输通道.以远程超纠缠隐形传态的信道建立需求为例,首先给出了基础的逐跳超纠缠交换方案,为降低该方案的端到端超纠缠建立时延,提出在中间量子节点进行同时测量的并行超纠缠交换方案.在此基础上,为降低并行超纠缠交换的经典信息开销,进一步提出一种分级并行超纠缠交换方案.理论分析及仿真结果表明该方案的纠缠建立时延接近于并行超纠缠交换方案,但可以减少经典信息传输量,在一定程度上实现两者的平衡.相比传统的纠缠交换方法,本文方案有利于解决远程超纠缠通信的需求,对未来构建更高效率的量子网络有积极意义.     

用多粒子态进行量子信息分配

我们提出一个用五粒子态将量子信息分裂成几部分的方案.在这个过程中,如果有且只有接受者相互合作才能重建初始比特的态.我们所用的量子通道是Bell态和三比特GHZ态的组合态,这些态在实验上都是很容易制备的.这个方案对某些窃听攻击来说是安全的.而且,它还可以用来实现控制的量子隐形传态.     

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。     

电路量子电动力学中基于超绝热捷径的控制相位门实现

针对绝热算法在系统演化过程中需要较长操作时间的问题,本文提出了电路量子电动力学系统中基于超绝热捷径的两量子比特控制相位门的快速制备方案.首先将量子比特的能级进行编码,针对不同初始态分类讨论,获得系统的有效哈密顿量.通过反绝热驱动,推导出系统有效哈密顿量的修正项,以抑制不同本征态之间不必要的跃迁,从而获得了高保真度的基于超绝热捷径控制相位门.数值模拟验证了本方案的有效性,最终保真度为0.991.所提方案可以加速演化,并且比绝热通道更有效.此外,本方案对谐振器的衰减和超导量子比特的退相干具有鲁棒性.通过对谐振腔的泄漏、量子比特的自发辐射和退相位的影响分析,得到的系统最终保真度始终保持在0.984以上.     

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.     

大功率四极管调制器的嵌入式控制设计

提出了一种大功率四极管调制器的嵌入式反馈控制系统的设计方法。该系统以DSP为控制核心,采用闭环反馈控制,开发了大功率四极管的高压端控制器,并在系统反馈信号传输中采用一种新的改进型VF光纤隔离传输方案,提高了反馈信号的传输速度。实验结果表明,该嵌入式反馈控制系统简化了HL-2A装置原有的系统,极大地提高了系统响应速度,改善了四极管输出性能,且工作可靠稳定。     

�����ļ��ܵ�������Ƕ��ʽ�������

提出了一种大功率四极管调制器的嵌入式反馈控制系统的设计方法。该系统以DSP为控制核心,采用闭环反馈控制,开发了大功率四极管的高压端控制器,并在系统反馈信号传输中采用一种新的改进型VF光纤隔离传输方案,提高了反馈信号的传输速度。实验结果表明,该嵌入式反馈控制系统简化了HL-2A装置原有的系统,极大地提高了系统响应速度,改善了四极管输出性能,且工作可靠稳定。     

基于冗余图态的多人协作量子计算

量子计算是一种基于量子力学基本原理设计的新型计算模型,在某些特定问题上表现出了远超经典计算机的处理能力.随着量子计算任务复杂度的提高,如何分配量子计算资源,实现多方协作的量子计算,将成为量子计算领域待解决的一个重要问题.本文在一次性量子计算的基础上,提出了基于冗余图态的多人协作量子计算方案.不同于传统图态中每个节点仅对应一个粒子,冗余图态中每个节点都对应若干粒子.参与量子计算的每一方都将分配到一组完整涵盖各节点的粒子,各方将自行协商完成图态的分割以及后续的测量,从而实现多人协作的量子计算.在本方案中,参与量子计算的各方可以根据自身任务的需要来确定量子计算的合作方式并进行资源分配,使量子计算具备更高的灵活性与开放性.此外,本文还提出了一个两方协作制备任意单比特量子态的光学实验方案.