有噪量子信道中的量子相干性

量子态的相干叠加是量子力学的重要特征,同时也是量子计算能够实施的重要资源.由于噪声的影响,量子比特系统的相干性不能长时间的保持.有噪量子信道能够多大程度的保持量子相干性?本文利用相对熵相干性度量,首先讨论两体量子系统相干性、纠缠以及量子关联之间的关系.然后讨论噪声对相干性的影响.通过定义最大相干性的衰减量,即相干性衰减,进而讨论相干性衰减与系统和环境之间纠缠的不确定性关系.最后,具体讨论几类常见量子信道保持最大相干性的能力.     

基于弱测量的噪声环境下量子秘密共享方案

量子秘密共享是量子密码学中一个重要分支,而纠缠态是设计秘密共享协议的重要手段之一。噪声环境会导致量子纠缠态发生退相干,从而降低方案质量甚至失败。本文针对相关文献中的量子秘密共享方案,研究了振幅阻尼信道对方案的影响。为了减少纠缠退相干的发生,采用了弱测量方法对噪声环境下的方案进行保护,分析了经过振幅阻尼信道作用之后得到的秘密量子态与初始秘密之间的保真度;给出了不采取任何手段时得到秘密与采用弱测量得到秘密时的相干性度量的定量研究。最后,以具体的量子态为例,发现弱测量的方法对提高方案中秘密态的保真度与相干性具有一定的意义。     

测量基角度偏差对单量子态隐形传送的影响研究

量子隐形传态是量子信息传输的一种重要方式，在量子态传送过程中不可避免地存在信道噪声。本文构造了一组测量算符以分析量子态与测量算符偏差角度的关系，并给出了量子测量信道的信道传递矩阵。通过对未知单量子态隐形传送协议的分析，给出了发送方和接收方测量基的旋转偏差对量子态传送结果的影响，其中接收方的判定概率不再恒为0.25，且从测量信道获取的量子平均互信息量在旋转角为0或π时达到最大值。     

相干矢量表象中的量子相干性度量

量子相干性度量最近是量子资源理论中的热点任务. Baumgratz等人已经于2014年提出严格的相干性度量框架.在该框架中,相干性度量的定义要求把量子态固定在希尔伯特空间中一组特定基矢上,其结果是在同一度量下,基矢的变换会引起同一量子态的相干性发生改变.在相干矢量表象中利用相干矢量的旋转性质,一种基于相干矢量归一化模长的相干性度量被提出.在该度量中,同一量子态的相干性独立于基矢的选择.基于该度量的非相干态和非相干算符已经分别定义为经典最大混合态和酉算符.同时,三条重要性质已经得到,分别为非负性、凸性和非相干操作不变性.     

复合脉冲控制阶梯型多态量子系统的转移通道

提出了利用复合脉冲在阶梯型多态量子系统中操控量子态演化和粒子数相干转移的方法.首先通过Morris-Shore变换,借助二能级传播算子描述多态量子系统的演化.然后利用增加脉冲序列数且单个脉冲的相位可控的技术,抑制额外的转移通道,实现高效率高鲁棒性的量子态操控和粒子数转移.最后通过数值模拟研究了额外通道和转移通道的拉比频率比、脉冲面积的变化、单光子失谐偏离零点等因素对转移效率的影响.结果表明:常被用于二能级量子系统的复合脉冲操控方法也可被应用于多态量子系统.通过增加脉冲序列数,可有效减小相关参数的扰动,保持高效率的粒子数转移.多脉冲序列复合脉冲的技术可以解决偏振不纯、激光频率不纯、控制参数扰动等造成的量子态操控效率降低等问题.研究结果对构造量子门、量子模拟等相关研究具有重要意义.     

两个独立量子信道中一对量子纠缠态的隐形传送

从量子纠缠及量子态隐形传送的基本原理出发,简单介绍在一个量子信道中单粒子量子态的隐形传送,进而详细讨论在两个独立量子信道中一对量子纠缠态的隐形传送,寻找其中的规律,为以后热纠缠信道中隐形传送的研究提供理论基础。     

利用四维的二粒子纠缠态传送一个未知的二维二粒子量子态

利用四维的二粒子最大纠缠态作为量子信道可成功地传送一个未知的二维二粒子量子态,其成功几率及态的保真度均为100%。若量子信道为部分纠缠态,也可以几率传送此量子态,其成功几率由部分纠缠态的最小Schm idt系数决定,态的保真度为100%。     

密度算子的性质及其应用

在量子力学中,密度算子作为量子系统的混合状态表示,其表达能力和性质得到广泛应用。本文基于矩阵和密度算子基础理论,利用Bloch向量表示单量子比特,得到纯态和混合态的密度矩阵的奇异值分解表达式和幂形式。通过分析密度矩阵的若尔当标准形,得到密度算子的一些特殊性质。利用密度算子的基本性质,通过选取二进制点作为量子比特的基矢,分析了由密度矩阵表示的多量子比特系统中量子叠加态的相干性,并研究了密度算子作为量子态可区分的数学理论。     

在量子信息分裂中利用局部测量提高量子参数估计

我们利用多体量子纠缠信道在环境噪声中实现了关于量子相位参量的信息分裂.这个量子信息分裂方案是指从一个发送端,人们将含有信息的任意量子态传输到多个接收端,然后利用么正测量在任意一个接收端上还原量子参量信息.我们发现,在退振幅阻尼噪声通道下,合理引入局部测量能提高量子参量估计精度.当环境表现为马尔科夫性时,经过量子信息分裂,量子参量估计精度的动力学演化会呈现单调衰减趋势.当环境具有一定记忆效应时,其演化会呈现振荡起伏行为.     

耦合谐振子的量子绝热捷径设计

量子绝热捷径技术旨在加快量子绝热慢过程, 已经被广泛用于原子的冷却、转移等量子信息处理过程. 研究耦合谐振子模型的量子绝热捷径设计及其热机应用, 基于耦合谐振子模型的量子不变量, 首先得到 Ermakov 方程, 然后反设计耦合谐振子频率, 最终加快绝热过程而不产生末态激发. 本工作为耦合谐振子的量子态操控及超绝热量子热机提供了新思路.     

利用V型三能级原子与相干态腔场的拉曼相互作用来传送三比特的未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用。本文提出了一种用一个三原子和相干态腔场的纠缠态作为量子信道,隐形传送三比特的未知原子态的方案。     

量子信道对广义纠缠鲁棒性的影响

根据量子态之集是一个凸闭集, 证明了广义纠缠鲁棒性定义中的下确界是可以取到的,说明了同一量子态的两个广义最优态的凸组合仍是广义最优态,广义纠缠鲁棒性作为定义态集合上函数是下半连续的。其次,分别给出了一个量子信道不增加(不减少、保持)所有量子态的广义纠缠鲁棒性的充分必要条件。最后, 作为应用得到了相关已有结果。     

三体量子系统的量子导引方案

复合量子系统的量子导引(Quantum Steering),又称量子操控,是指通过某个子系统上的测量来导引(操控)另一系统的状态.它是介于量子纠缠与Bell非局域性之间的一种非对称量子特性.正是这一特点使得量子导引能在许多方面发挥重要作用,因而备受学者的广泛关注.两体系统中的量子导引已有许多研究,而多体量子系统比两体系统拥有更加复杂的结构,其中的导引方案更加多样化.本文提出三体量子系统中的两种量子导引方案,称为"单边设备独立导引方案"与"双边设备独立导引方案".根据局域隐态的可分性与局域隐变量的独立性,每个导引方案又包括两个导引情景.在描述物理思想的基础上,提出了三体量子态不可导引与可导引的数学定义,给出了量子态不可导引的充要条件及充分条件.     

相位阻尼对量子传输保真度的影响

研究了在相位阻尼作用下一个二能级原子与两个不同光场相互作用的系统中的量子态的保真度.讨论了相位阻尼和失谐对量子传输的最大保真度的影响,并且获得了通过该信道进行量子传输的最大保真度.此外,还分析了通过该信道进行量子传输的平均保真度.     

未知单量子态的传输

提出了利用三粒子纠缠W态作为量子信道,通过POVM测量来实现未知单量子态的控制传输方案;未知单量子态的控制传输还可以通过引入辅助粒子和适当的幺正变换来实现.     

利用四粒子部分纠缠态实现二粒子未知态的概率受控量子传递

提出了一个二粒子未知态受控量子隐形传递的方案,以四粒子部分纠缠态作为量子信道,应用其中的一个粒子作为控制粒子.在传递者和控制者进行了一系列的测量之后,根据他们的测量结果,接收者通过做适当的幺正变换和对辅助量子位的测量,就能以一定的概率得到待传递的量子态.     

一类基于k-体分划的多体态的量子关联测度

量子关联在量子信息任务中起着极其重要的作用,量化量子态的关联是其中最主要的问题之一。文章给出了一类基于k-体分划的多体量子态的量子关联测度,它可以量化多体态相对于k-体分划的非经典关联性,同时证明了其满足量子关联度的一些必要性质,包括局部酉操作下保持不变,局部量子操作下不增,凸性,连续性以及在添加局部非相干辅助子系统下的不变性。     

基于量子直传协议的安全即时通信系统模型设计

量子密码通信是目前公认的唯一的绝对安全的通信方式,任何获取量子信息的操作都会因破坏量子态而被通信双方发现,从而根本上杜绝了信道窃听的存在.研究了量子直传乒乓协议的工作原理和安全特性,提出了基于P2P网络技术和量子直传乒乓协议的安全即时通信系统模型,该模型可以在保证准安全的前提下,允许通过量子信道直接传送明文.     

双体量子系统的算子权并发度

在Hilbert空间算子理论基础上,通过量子态的约化密度矩阵给出了双体量子系统中算子权并发度的定义,并讨论了其在判断量子态可分性上的有效性.同时研究了此类加权并发度和系统信道的相容性及相关性质.      

集体幅值阻尼信道上的量子安全直接通信

针对幅值阻尼信道,提出了一个高效的量子安全直接通信协议.协议利用两粒子量子态编码一个逻辑比特,从而可以抵抗集体幅值阻尼效应.消息分发者直接将秘密编码,接收者执行确定的测量解码消息,测量不存在测量基不匹配的情况.量子态传输过程利用非正交态不可区分性保证其安全性.此外,利用量子计算的基本操作构造了量子线路以实现信道编码和信息编码.