量子理论若干基本问题研究的新进展

本结合最后的典型量子物理实验,如用冷原子Bragg散射实现的“which-way”实验,量子退相干过程的微腔QED检验和C60分子的量子干涉等,比较系统地介绍了量子理论基本问题若干研究的新进展,特别强调了处于其核心的量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想,如EPR佯谬和Bell不等式,量子退相干和量子纠缠,从理论和实验结合的角度本阐述了被测系统和测量仪器的相互作用怎样导致量子测量的一般动力学过程,由此还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”给出了可能的物理解释,最后,通过具体例子,本简单地讨论了量子物理基本问题的研究结果对量子信息的应用。     

量子开系统理论及其应用

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合,产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基本问题进行了系统的探索,契合了最近10年量子信息研究的快速发展.文章首先结合上世纪70年代末彭桓武先生关于量子开系统(阻尼谐振子的量子化)的重要研究工作,介绍了量子开系统的基本概念及其研究的科学意义,同时简略介绍了文章作者及其合作者在量子开系统理论及其在量子信息应用方面的系列研究工作.     

量子开系统理论及其应用

量子物理是当代科学发展的基石,多次引发高技术革命.它与信息科学结合, 产生了交叉学科——量子信息,为突破计算机芯片的尺度极限提供了全新的解决思路.自1987年起,文章作者及其合作者对量子开系统理论、量子退相干及其相关的量子物理基本问题进行了系统的探索,契合了最近10年量子信息研究的快速发展.文章首先结合上世纪70年代末彭桓武先生关于量子开系统（阻尼谐振子的量子化）的重要研究工作, 介绍了量子开系统的基本概念及其研究的科学意义,同时简略介绍了文章作者及其合作者在量子开系统理论及其在量子信息应用方面的系列研究工作.     

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.     

奇特的量子效应——量子纠缠

 量子力学从1925年诞生以来,经过大量的实验检验和理论发展,肯定了它的正确性。量子力学与信息技术的结合也是必然的。当今,信息科学在推动社会文明进步和提高人类生活质量方面发挥着越来越重要的作用。     

量子测量问题的研究及应用

文章结合最近完成的量子测量实验（如用冷原子Ｂｒａｇｇ散射实现的“ｗｈｉｃｈ－ｗａｙ”实验和用Ｃ６０分子完成的小系统量子干涉实验）,比较系统地介绍了量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想,如量子相干、量子退相干和量子纠缠,从理论和实验结合的角度,讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散,由此探讨了“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”的物理解释,最后,文章简单地描述了量子计算和量     

量子理论若干基本问题研究的新进展

本文结合最近的典型量子物理实验 ,如用冷原子Bragg散射实现的“which way”实验 ,量子退相干过程的微腔QED检验和C60 分子的量子干涉等 ,比较系统地介绍了量子理论基本问题若干研究的新进展 ,特别强调了处于其核心的量子测量问题及其相关的基本概念和基本思想 ,如EPR佯谬和Bell不等式 ,量子退相干和量子纠缠。从理论和实验结合的角度 ,本文阐述了被测系统和测量仪器的相互作用怎样导致量子测量的一般动力学过程。由此还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散 ,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观物体空间局域化描述”给出了可能的物理解释。最后 ,通过具体例子 ,本文简单地讨论了量子物理基本问题的研究结果对量子信息的应用     

基于六粒子纠缠态和Bell态测量的量子信息分离

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究,提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中,发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态,发送者先执行两次Bell基测量|然后控制者执行一次Bell基测量|最后接受者根据发送者和控制者的测量结果,对自己拥有的粒子做适当的幺正变换,从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的,即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比,本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量,从而使得这个方案更简单、更容易,并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.     

基于六粒子纠缠态和Bell态测量的量子信息分离

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究,提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中,发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态,发送者先执行两次Bell基测量|然后控制者执行一次Bell基测量|最后接受者根据发送者和控制者的测量结果,对自己拥有的粒子做适当的幺正变换,从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的,即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比,本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量,从而使得这个方案更简单、更容易,并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.     

用量子理论方法研究C60双缝衍射

目前,已有大量的实验和理论对各种粒子的衍射现象进行了深入的研究.我们用量子理论新方法研究C60分子的双缝衍射,从薛定谔方程和基尔霍夫定律出发求得到C60分子的双缝衍射波函数,与实验数据比较我们发现:在考虑C60分子的双缝衍射中退相干机制对衍射图样的影响后所得的结果与实验符合较好.     

量子信息讲座第一讲 量子计算机

量子力学和计算机理论，这两个看起来互不相关的领域，其结合却产生了一门富于成效的学科：量子计算机．文章介绍了量子计算机的基本概念和历史背景，它相对于经典计算机的优越性，它的构造和实验方案，以及实现量子计算的困难及其克服途径，最后展望了量子计算机的发展前景     

关联退极化量子信道中qutrit-qutrit系统的量子相干性演化

为探索量子系统的退相干机制寻找延缓退相干的方法,本文研究了关联量子信道中的退相干过程,计算了关联退极化信道中两体qutrit系统的3种初态:一种特殊初态、最大相干初态和各向同性初态的范数相干性、相对熵相干性及基矢无关相干性.分析得出的解析结果、数值结果和演化图像可以发现:1)完全关联的信道能最大程度地抑制退相干;2)存在一个与关联度无关的最大退相干时间点,但其退相干的演化行为却依赖着关联度;3)信道的关联可以增强子系统间的相干性.基矢无关相干性遵循的不等式关系也在此系统中得以验证.     

Kerr相互作用下量子相干性分布和量子信息流动

本文针对Kerr相互作用下系统中量子相干性的动力学分布进行了研究.所讨论系统包含两个没有相互作用的原子,每个原子都被囚禁在各自的光腔中,同时光腔被充满了非线性Kerr介质.研究发现非线性Kerr相互作用能够增加两原子间的量子相干性,而且增大的幅度会随着Kerr相互作用强度的增加而得以提高.其次,借助迹距离的方法,还探讨了非线性Kerr相互作用对于原子与光腔之间的量子信息流动的影响,发现Kerr相互作用可以加快量子信息回流到原子子系统中,抑制原子子系统与其余子系统间的量子信息交换,阻碍量子信息在系统中不同子系统间的流动,从而保护原子子系统中拥有的量子信息.     

可靠性的科学探索：从经典到量子

作为设备稳定服役能力的一种衡量,可靠性对工程技术发展和创新十分重要。基于物理、信息论和统计方法的耦合,可靠性研究正逐步发展并有望成为一门新的科学。同时随着量子技术的发展,量子相干器件及设备将会被大量地植入到传统装备系统中。这不仅给可靠性自身的研究带来新的机遇和挑战,也会使量子物理和可靠性研究交叉起来,导致交叉领域思想上的原始创新。文章首先介绍可靠性研究从工程向科学迈进的历程,然后从可靠性工程需求的视角介绍量子可靠性的基本概念和逻辑,强调量子自洽历史对寿命统计的内在描述,最后结合目前量子技术所面临的退相干挑战,展望可靠性工程对量子技术的潜在应用。     

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．     

量子相干

量子相干不仅是量子力学中的一个基本概念,同时也是重要的量子信息处理的物理资源.随着基于资源理论框架的量子相干度量方案的提出,量子相干度的量化研究成为近年来人们关注的一个热点问题.量子相干作为一种物理资源也十分脆弱,极容易受到环境噪声的影响而产生退相干,因此开放系统中的量子相干演化和保持也是人们广泛关注的课题.另外,量子相干在量子多体系统、量子热动力学、量子生物学等领域也有着潜在的应用价值.本文介绍量子相干度量的资源理论框架和基于该框架定义的相对熵相干性、l1范数相干性、基于量子纠缠的相干性、基于凸顶结构的相干性和相干鲁棒性等量子相干度量函数,概述开放系统中量子相干演化的动力学行为、典型信道的量子相干产生和破坏能力以及量子相干的冻结等现象,同时例举量子相干在Deutsch-Jozsa算法、Grover算法以及量子多体系统相变问题研究等方面的重要应用.量子相干研究仍处于快速发展之中,期望本综述能为该领域的发展带来启示.     

退相干条件下两量子比特系统的量子存储支撑熵不确定度动力学研究

研究了两比特量子系统在复合退相干通道、广义幅值阻尼通道和退极化通道条件下量子存储支撑熵不确定度的动力学演化特性,并且与系统的l₁范数相干度和相对熵相干度进行了对比分析。研究表明在退相干条件下,系统的熵不确定度动力学过程对于两比特量子系统初始态是否为混合态较为敏感,并且对于系统退相干的类型有较好的区分度。因此,量子存储支撑熵不确定度在一定程度上可以更好地反映开放量子系统的非经典特性。     

光与物质相互作用系统中的量子Fisher信息和自旋压缩

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系.非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特性.结果表明:在短时瞬态情况下,无论初态处于规则区域还是混沌区域系统均表现为纠缠性质;但在长时稳态情况下,初态处于规则区域时系统纠缠消失,而初态处于混沌区域时系统则一直存在纠缠.通过与系统自旋压缩动力学性质相比较,发现量子Fisher信息可以更有效地刻画量子混沌.进一步考察初态处于规则和混沌区域时系统密度矩阵和纯度的动力学演化特性,发现混沌导致系统退相干现象发生,说明量子Fisher信息对混沌更敏感.     

控制的N体同时量子直接通讯

量子直接通讯是最近提出的一种不需要事先制备共享密钥而直接进行信息传递的通讯方式。在大多数的量子直接通讯方案中必须进行联合Bell基或多粒子GHZ态的测量，但是在实验中实现联合基矢的测量是非常困难的。为了解决这个问题，我们提出一个不需要联合基矢测量的通讯方案一控制的N体同时量子直接通讯方案，该方案只需要对单量子比特进行测量就可以实现。我们考虑如下通讯模型：通讯的控制者Alice希望控制N个用户Bob1，Bob2,…，和BobN之间的秘密通讯。这意味着只有在Alice（前提条件是她是可靠的和合作的）的允许下这些用户才能从对方那里获得信息。同时，各用户之间的通讯是秘密进行的，也就是说通讯的内容对其他人包括控制者Alice来说同样是秘密的。我们提出的方案可以实现该模型，在控制者Alice的控制下，各用户不需要进行联合基矢测量就可以同时交换他们的秘密信息。该方案包括两个安全检测过程，可以探测到窃听者经常使用的攻击方法，因此我们的方案是安全的。     

级联环境下两量子比特Bell非定域性和量子相干动力学

本文基于与各自的级联环境相互耦合的两量子比特系统,详细讨论了弱、强耦合体系下量子比特与腔之间的耦合强度κ以及腔频率与库的中心频率之间的失谐量δ对Bell非定域性和量子相干动力学的影响。结果表明：在两种耦合体系中,均存在Bell非定域性猝死现象,且Bell非定域性的存活时间或量值随κ和δ的改变而改变。相比之下,量子相干展现了塌缩、复苏等行为,复苏的峰值随κ和δ的增大而增大。此外,我们进一步考察了量子弱测量和测量反转操作对Bell非定域性和量子相干的有效调制作用,获得一些有意义的结果。