量子纠缠与超光速量子通信

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科.在介绍量子纠缠特性的基础上,对量子隐形传态进行了探讨,提出了超光速量子通信的途径.     

两种典型的量子通信技术

量子通信是量子信息中的一个重要分支．而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信．文章介绍了量子通信中量子叠加和量子纠缠的概念．并介绍两种量子通信技术的理论框架,同时也涉及了这个领域的实验研究进展．     

An entanglement criterion for states in infinite-dimensional multipartite quantum systems

In(Phys Lett A,2002,297:4-8) an entanglement criterion for finite-dimensional bipartite systems is proposed:If ρ AB is a separable state,then Tr(ρA2) Tr(ρ2) and Tr(ρB2) Tr(ρ2).In the present paper this criterion is extended to infinite-dimensional bipartite and multipartite systems.The reduction criterion presented in(Phys Rev A,1999,59:4206-4216) is also generalized to infinitedimensional case.Then it is shown that the former criterion is weaker than the later one.     

量子通讯的基本协议

量子通讯是当今的热点技术之一 ,是量子力学和密码技术相结合的产物 .量子通讯协议是实现量子通讯的基础 .通过介绍量子密码理论基础与基本原理 ,简要说明了量子通信基本方式和BB84协议、B92协议和相关粒子协议 ,这 3个协议是基本的密钥分发协议 ,并且指出了发展量子密码存在的一些问题 ,单光子产生的探测以及对波函数的进一步理解具有重大的理论和实际意义     

量子纠错与经典纠错的比较

量子计算机利用其量子位态特有的相干叠加和纠缠性,使得在某些问题的处理上优于经典计算机,同时也导致量子计算过程中的出错图样不同于经典计算。讨论了二者的区别,在此基础上详细介绍了量子计算机中开发的量子纠错方案。     

量子纠缠的新理论

利用独立态矢特性,首次提出了一个纠缠态的定义及构造纠缠的理论,并进一步给出了多粒子系统的纠缠方式,进而给出基本纠缠方式的纠缠度的定义式,并推导出其公式,得出了三粒子系统的非纠缠判据.     

在分子自旋量子系统中的可控多体纠缠态

在由N＋1个相互作用的反铁磁分子环构成的量子自旋系统中,可以调控1种多体纠缠态。N个周边分子环的电子自旋和1个中心分子环的电子存在相互交换,从而在分子间形成可调的相互作用。通过整个系统的有效自旋哈密顿量解析得出系统的量子动力学行为。研究发现在量子涨落的条件下,1种高精度的形纠缠态可以被制备出来。通过控制分子间的相互作用,这种多体纠缠态也可以从一些分子环传输到其他分子环上。     

Review on the study of entanglement in quantum computation speedup

The role the quantum entanglement plays in quantum computation speedup has been widely disputed. Some believe that quantum computation's speedup over classical computation is impossible if entan-glement is absent,while others claim that the presence of entanglement is not a necessary condition for some quantum algorithms. This paper discusses this problem systematically. Simulating quantum computation with classical resources is analyzed and entanglement in known algorithms is reviewed. It is concluded that the presence of entanglement is a necessary but not sufficient condition in the pure state or pseudo-pure state quantum computation speedup. The case with the mixed state remains open. Further work on quantum computation will benefit from the presented results.     

量子Dicke模型中纠缠与自旋压缩性质的研究

在经典极限条件下,量子化的Dicke模型表现为混沌动力学特征.通过研究量子纠缠和量子自旋压缩特性,得到以下结论:线性熵对于初态函数的选择,在相空间的不同区域有不同的表现,混沌区域的量子纠缠明显增大,规则区域则减弱;量子自旋压缩在相空间也表现出对混沌和规则区域的敏感性,混沌区域与规则区域相比较,存在自旋压缩的可能性较大;相同条件下,线性熵和压缩系数的变化趋势具有相似的表现行为.     

双模最小关联混态的纠缠及其量子起伏

研究了最小关联态的纠缠度与相关参数之间的关系。分析了不同参数情况下最小关联态发生纠缠时相关参数的取值范围以及全量子起伏与相关参数的关系;另外进一步分析了最小关联态的Wehrl熵,同时对标准EPR型纠缠态为的纠缠度作了进一步的计算。     

Controlled quantum secure direct communication and authentication protocol based on five-particle cluster state and quantum one-time pad

A controlled quantum secure direct communication and authentication protocol is proposed with a quantum one-time pad based on five-particle cluster state.Photon 4 in each five-particle cluster state is sent to the controller as permission.Unitary operation I(U)on photon4 according to identity-string of the receiver is used to forbid the controller to deduce secret message.The classical XOR operation serving as a one-time-pad is used to forbid external eavesdroppers to eavesdrop.Eavesdropping detection and identity authentication are implemented by previously shared reusable base identity-strings.In one transmission,one qubit of each five-particle cluster state is used as controller’s permission,and two qubits are used to transmit two classical bit information.     

Amplifying stationary quantum discord and entanglement between a superconducting qubit and a data bus by time-dependent electromagnetic field

We study the dynamics of quantum discord and entanglement between a superconducting qubit and a data bus,which is driven by a controllable time-dependent electromagnetic field,in the presence of phase decoherence and find that the quantum discord and entanglement remain at a stationary non-zero value for long time evolution.It is shown that the amount of stationary quantum discord and entanglement can be enhanced by applying the time-dependent electromagnetic field.     

基于波粒二象性的量子光通信系统的研究

结合光子的波粒二象性,提出利用孤子调制承载量子态的方案,着重从调制信道的角度,分别论证了孤子在NLSE光纤和SIT媒介中的传输演变,量子的压缩态和纠缠态可以在孤子的传输演变中产生,从而实现量子的高速调制.这种调制方案,融合了量子和孤子的特性,避免了量子长距离传送所带来的一系列问题,如量子中继等.     

经典密码通信与量子密码通信的现状及发展趋势

对现有3种经典保密通信体系,即对称密钥体系、非对称密钥体系、Vernam密钥体系的现状和发展趋势进行了分析,指出了经典保密通信的局限性,重点阐述了绝对安全的量子密码通信的现状和发展趋势.     

自由空间量子密钥分发中信号发生与处理方案

针对自由空间量子密钥分发系统中的随机信号发生及数据采集这一难题,提出了一种利用在LabVIEW环境下开发的虚拟仪器程序来控制数字I/O板卡的解决方案.发送端利用程序控制高速数字输入/输出板卡,产生随机信号用于实现光子路径的随机选择.接收端采用缓冲周期测量的计数方式,采用两个计数器记录两路随机信号的信息,通过程序来完成对计数器板卡的控制,将采集到的数据保存在两个本地文件中,以用于后续的数据处理分析.本方案具有易于开发和调试、维护方便、应用灵活、成本低等优点,已经成功用于基于B92协议的自由空间量子密钥分发系统中.     

应用于计算机通信中的差错检测与控制技术

详细介绍应用于计算机通信中的差错检测与控制技术．在对计算机通信过程中产生的差错进行必要分析的基础上,提出了差错的检测方法和控制方式;常用的差错检测方法通过采用奇偶校验、校验和和CRC等编码来实现;典型的差错控制技术包括后向差错控制（BEC）、前向差错控制（FEC）和混合差错控制（HEC）.     

含能流的各向同性XY链中的基态纠缠

分析了含能流的横磁场三比特各向同性XY自旋链的基态纠缠.发现随着外磁场的变化,系统会发生量子相变.以三比特系统为例给出有效哈密顿量的能谱,讨论了体系基态纠缠随λ的变化.当λ＜3/3时,在相变点处基态由W态跳跃到非纠缠态,此时自旋链中没有能量流动.当3/3≤λ≤3时,在能级交错点处发生量子相变,体系由非能流相进入能流相,同时基态由W态ф1跳跃到另一W态ф5;此时,由于能流的影响,使得基态保持在W态,而不再处于非纠缠态;并且随着λ的增大,系统将在更大范围内处于能流相.当λ＞3时,基态波函数表示为ф5,系统完全处于能流相.     

伊辛模型中的纠缠动力学

伊辛模型是最简单的海森堡模型,对该模型中纠缠的研究将极大地推动固态量子计算机的发展.在考虑系统相位消相干的基础上,研究了带有Dzyaloshinski-Moriya(DM)相互作用的两量子比特伊辛链中的纠缠动力学问题后发现:相位消相干和DM相互作用对纠缠的影响依赖于系统初态的形式.对某些初态来说,系统纠缠始终不变;对另外一些初态来说,系统纠缠随时间振荡并逐渐减小,增加DM相互作用将减小纠缠和振荡周期,增加相位消相干率也将减小纠缠,但振荡周期不变.     

自由空间量子隐形传态实验中远程光符合的电子学系统研制

在两光子自由空间量子隐形传态实验方案中,设计了一套远程光符合的电子学系统,系统最小符合时间窗口约2ns.整个系统包括编码、解码、延时、高压驱动、符合、计数等模块.此系统实现了将实验中的经典信息和量子信息耦合在一起并通过自由空间传送到另一端进行在线符合来判定纠缠光子对.系统中编码模块将Alice端Bell基测量结果的时间标记信息和通道信息叠加在一起,通道信息的编码使用了奇偶校验和汉明码来降低事例丢失率和出错率,解码模块则分离出经典的时间标记信息和通道信息并做相应操作.完成了800m距离的两光子自由空间量子隐形传态实验,实验结果表明用本系统进行远程的实验是可行的.     

Quantum secure direct communication and authentication protocol with single photons

A quantum secure direct communication and authentication protocol is proposed by using single photons. An information transmission is completed by sending photons once in quantum channel, which improves the efficiency without losing the security. The protocol encodes identity-string of the receiver as single photons sequence, which acts as detection sequence and implements authentication. Before secret message is encoded as single photons sequence, it is encrypted with identity-string of the sender by using XOR operation, which defends quantum teleportation attack efficiently. The base identity-strings of the sender and the re- ceiver are reused unconditionally secure even in noisy channel. Compared with the protocol proposed by Wang et al. （Phys Lett A, 2006, 358： 256--258）, the protocol in this study sends photons once in one transmission and defends most attacks including ＇man-in-the-middle＇ attack and quantum teleportation attack efficiently.