量子纠缠和量子操作

对量子纠缠和量子操作作了介绍, 考察了两比特量子纠缠态和量子操作的应用及它们之间的关系. 具体包括: 用非最大纠缠纯态来实现任意量子态的确定性远程制备; 用纠缠态来实现用于分布式量子计算的非定域门操作; 讨论了量子操作的纠缠能力; 讨论了两量子比特门的构造. 这些结果有助于理解量子纠缠和量子操作这些量子信息处理中的资源.     

三粒子W纠缠态的概率量子隐形传态

提出一个对未知三粒子W纠缠态的量子隐形传态方案.该方案用一个非最大GHZ纠缠态和一个非最大EPR纠缠态作为量子信道实现对未知经典W纠缠态的概率量子隐形传态和对未知一般W纠缠态受控的概率量子隐形传态.     

量子纠缠态与量子隐形传态

量子纠缠态是量子力学的精髓.回顾了基于双光子纠缠的量子隐形传态的基本原理、实验主要进展,指出了量子隐形传态的重要特点及其实现的关键技术,分析讨论了对光子偏振态进行幺正变换的试验方案.     

实现量子远程控制的可编程处理器

利用共享的EPR纠缠和单个qubit量子态对量子动力学进行编程,提出一个可编程的量子处理器方案,实现对远程量子态的有限的系列操作. 进而讨论了利用线性光学元器件对该可编程门的物理实现方案.     

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.     

利用三能级部分纠缠态的量子密集编码

量子信道为最大纠缠态的密集编码方案中,编码操作可以分为翻转操作和相位操作.存在相位编码操作是实现密集编码的关键,构造了量子信道为三能级部分纠缠态的相位密集编码算符,并给出了存在相位编码的条件.     

初始量子相干性对玻色-爱因斯坦凝聚系统中量子纠缠的影响

研究拉曼耦合玻色-爱因斯坦凝聚原子系统,在初始态具有量子相干性时纠缠相干态的生成,讨论了初始量子相干性对所生成的纠缠态的影响,指出初始量子相干性只影响所生成的纠缠相干态各组分之间的相位,不影响它们的振幅.     

基于重复使用纠缠W态的量子秘密分享

提出了重复使用纠缠W态的量子秘密分享方案.在该方案中,发送方和接受方之间的纠缠W态作为载体,发送方将数据比特与这一载体产生纠缠,再由接受方解除纠缠而最终获得秘密消息.所有这些都由一些简单逻辑门来完成.研究结果表明,窃取或联手欺骗成功的可能性都非常小.     

量子稳定子码的码字纠缠

量子计算和量子通信是量子信息科学的两个重要组成部分.量子算法通常用到实系数等权重纯态,其中重要的一类是图态,图态的纠缠已经得到系统的研究.量子通信中不可避免地要用量子纠错码,其中最广泛使用的是与图态紧密相关的量子稳定子码,可以看作是由图态与经典编码两个要素构成的.本文将论证量子编码复杂度与量子码字纠缠的关系.为研究量子码字的纠缠,将证明几何测度、对数鲁棒纠缠和相对熵纠缠等纠缠测度对于量子稳定子码字而言是相等的,纠缠的上下界可由量子编码的生成元确定.用经典编码可以构造一类量子码,称为CSS码.其中最常用的是对偶包含法.对于CSS对偶包含码的码字,证明它的纠缠等于其经典生成元的个数.本文给出Gottesman码以及相关码的纠缠公式,还发展了迭代算法用来数值计算纠缠量.     

量子对策与量子纯态纠缠的关系

讨论了量子对策与量子纯态纠缠度的关系.     

利用部分纠缠的量子信道确定性地实现N→1和1→N的受控量子远程旋转

提出利用部分纠缠的量子信道确定性地实现多个发送者1个接受者和1个发送者多个接受者的受控量子远程旋转方案.首先考虑利用两个(N?M?1)粒子部分纠缠的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态确定性地实现N个发送者在M个监控者的控制下确定性地将她们的旋转分别传给远处接受者的操作(N→1).然后考虑在一个(2K?M?1)粒子部分纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)-GHZ态或K个(M+2)粒子部分纠缠的GHZ态辅助下,发送者随意地将她的旋转分为N份(NK)并在M个监控者的控制下确定性地将它们分别传给远处N个接受者的操作(1→N).方案中,量子旋转的发送者或接受者或监控者的正定算符值测量(POVM)起着关键作用,我们给出了它们的数学表式.值得注意的是,用非理想的量子信道可确定性地实现N→1或1→N的量子远程旋转.这些方案可用于量子秘密共享,量子选举等,它们具极强的保密性.     

利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案

为保证信息安全,提出了一种利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案.该方案建立在双粒子量子系统纠缠态的非定域性质的基础上,信息被编码于双粒子系统的整体态,然后,这两个粒子分配给两个人,他们只允许做定域操作而且彼此之间只能交换经典信息.这样,信息就被隐藏起来.相对于使用最大纠缠态的方案,该方案更容易实现.研究结果证明:该方案可以被用于网络上保存秘密信息.     

N粒子部分纠缠态的量子受控传递

由于制备与传输中的环境耦合,现实中的纠缠态大部分是非最大纠缠态．在研究现有量子受控传递方案的基础上,提出了一种利用非最大纠缠态作为量子通道来概率地传输N粒子部分纠缠态的量子控制方案,在该方案中,利用非最大（N＋2）-粒子GHZ态作为量子通道,在发送者进行一次Bell基测量、N-1次Hadamard门操作及｜0〉和｜1〉基测量,控制者实施一次Hadamard门操作及｜0〉和｜1〉基测量之后,接收者根据他们的测量结果,再进行一些适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就实现了N粒子未知量子态的受控传递．该方案是一种基于非最大纠缠态的概率受控的隐形传态方案,并且成功的概率为2｜a｜^2。     

基于腔衰减辅助的受激拉曼绝热跟随技术的量子计算方案

提出了一个基于腔QED系统实现无退相干子空间中任意两比特纠缠逻辑门的理论方案,结合已有的单量子比特的逻辑操作,就可以完成任意的量子计算.两个相同的原子囚禁在单模光学腔中,并受到外加激光场的驱动,在腔场初态处于真空态的情况下,大的腔场衰减相当于对腔场进行频繁测量,而使之保持在真空态,这种效应就是腔场衰减协助的量子Zeno效应,它通过生成腔场的无退相干子空间而有效地抑制了腔场衰减的影响.另一方面,利用受激Raman绝热过程来克服原子自发辐射的影响,所以方案可以获得很高保真度的纠缠逻辑门.     

利用量子计算网络实现量子远距传态

利用处于纠缠的一对粒子，作为量子位传态通道，实现远程量子传态，并构造出量子计算网络。     

高效实现针对光子丢失问题的容错量子计算

基于两个基本操作——控制路径操作和纠缠子,首先给出非破坏性多光子奇偶校验的实现.随后,将这些操作用于光学量子计算中光子丢失问题的处理.可以实现奇偶量子态的制备,以及单体操作与两体控制非操作,由此可以实现普适容错量子计算.不管是态制备还是门操作都是确定性的,同时方案的实现复杂度也要远低于此前的方案,对于辅助单光子资源的需求也降到很低的程度.并且实现过程中除奇偶校验外,不需要进行任何单光子探测,因此不会造成任何单光子的损失,最大限度地利用了光子资源.比之此前的线性光学方案,我们方案的确定性、高效性、简单性以及资源的高利用率等特点,使得方案更具可行性和更加适用于大规模量子计算.     

量子与门的实现

在定义了量子逻辑与门之后,利用在博弈游戏中量子策略比经典策略更具优越性这一特点,从理论上提出了一套实现量子与门的新方案:把量子逻辑与门的操作用两个可分辨的量子硬币来实现.     

基于可控量子隐形传态的代理签名方案

提出了一种量子代理签名方案.基于可控量子隐形传态,采用3粒子纠缠态作为量子信道,不同于经典的基于计算复杂性的代理签名方案,本方案利用量子隐形传态的物理特性来实现签名及验证,具有无条件安全性.     

量子系统控制方兴未艾

 量子控制是量子力学理论与控制论交叉形成的新兴学科,研究的内容主要是从系统论和控制论的观点,探索量子体系动力学的演化规律、分析量子系统内部特性及研究量子系统状态和轨迹调控与实现的系统控制理论与方法。从本质上看,量子比特初态的制备、量子逻辑门的构造、量子消相干过程的抑制、纠缠态的制备和保持等都可以归结为控制问题。量子系统自身所具有的相干性及其消相干、测量的塌缩性、量子纠缠性及量子的不可克隆原理,都给量子系统控制理论的研究带来了与宏观控制理论完全不同的巨大的挑战。建立量子系统控制理论的过程本身就是一个系统工程,需要经过系统建模、系统综合与分析,其中包括可控性、可达性、稳定性等分析、收敛的控制器设计、系统仿真实验、参数优化等。由于量子系统除具有宏观系统的本征态外,还有大量宏观系统不存在的状态,如叠加态、混合态、纠缠态等等,另外对量子状态只能进行不确定的概率控制,所以需要分别对每一种类型的状态专门去设计出收敛的控制器。     

使用QED技术制备簇态和实现量子信息的传输

提出了一种在腔QED中制备纠缠态并进行量子信息传输的协议,该协议指出量子信息的传输可以在制备纠缠态之后通过纠缠态的分配来实现量子信息的传输．也可以在制备纠缠态的过程中实现量子信息在原子间的直接交换。