用多个光子晶体实现量子纠缠态的稳定性

量子纠缠态的纠缠度随传播距离增加或外界干扰而变小,  在光与环境相互作用的退相干效应下,  可使纠缠度降低或不再纠缠. 基于此, 设计一组一维光子晶体, 当两光子或三光子的纠缠光通过该组光子晶体, 且叠加参数c1=0.03~0.98时, 纠缠度E=0.8~1, 从而使量子纠缠态可远距离传输, 更好地实现量子通信.     

信息理论的新进展——量子信息论与量子神经计算

正如信息论是现有通信和信息处理的理论指导一样,基于量子力学原理的量子信息论将成为下一代通信模式———量子通信的理论基础,量子计算与神经计算相结合的量子神经计算将成为未来信息处理的重要手段。从量子信息基础出发,讨论量子信息论和量子神经计算两个方面,前者涉及量子信源编码、量子纠错编码、量子信道容量计算以及量子信息加密等内容;后者涉及量子神经计算基本原理。并就量子信息理论与现有信息论、经典神经网络与量子神经网络之间的异同之处加以比较。     

基于量子测量的量子计算模型综述

基于测量的单向量子计算是重要的通用量子计算模型,可以模拟一般量子计算任务。单向量子计算基于量子簇态作为计算资源,利用每个量子位的局部量子测量和经典通信执行一般量子计算。单向量子计算是与量子线路模型等价的量子计算模型。近年来,研究者们对单向量子计算的量子资源、纠缠度量、局部操作简化,以及量子通信等给出一系列研究成果,并基于光学平台开展了一些量子模拟实验。量子簇态与单向量子计算为一般量子计算提供非常好的量子任务处理方式,受到研究者们的广泛关注。该文主要总结基于测量的单向量子计算模型,包括重要的量子资源态、局部信息处理方式,以及与单向量子计算相关的研究;该文对单向量子计算存在的问题和前沿研究方法进行展望,为研究者提供借鉴。     

量子远程制备的理论研究进展

量子通信作为量子信息处理中的重要组成部分得到了广泛研究.它与传统通信方式不同,量子信息可以不通过量子媒介就能异地传输,量子隐形传态就是典型事例.作为一种改进的量子传输协议,量子远程制备能够平衡量子测量和经典通信,但是研究证明,这种平衡并不适合所有量子态,它受到很严格的限制,依赖于所传输信息空间的代数或几何结构.随着研究不断深入,这种限制似乎可以通过信息分裂传输来部分克服.主要总结了量子远程制备的理论研究现状及典型案例,并对进一步需要开展的研究予以展望.     

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。     

基于W态的代理型单服务器盲量子计算协议设计

三粒子W态与GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态相比具有较强的鲁棒性,根据这一特性并结合量子计算机未来的发展需求,提出了一种通过测量方式、利用三粒子W态的纠缠和坍缩性、并通过增加可信任中心的代理功能,来实现单服务器模式下盲量子计算的方案,协议主要是针对计算准备阶段来进行设计。协议执行过程中,可信任中心代理客户端完成与服务器之间的通信和数据发送任务,服务器无法获知客户端的属性信息。协议可以实现客户端完全经典,并且客户端可以不具有量子信道的访问能力,但与可信任中心之间需具有双向通信能力。协议具有结构简单、易于实现、执行步骤较少等特点。最后对提出的协议进行了安全性分析,协议具有无条件安全性。     

基于一种七量子比特混态的四方量子操作分享

本文考虑七量子比特Brown态中两个量子比特发生混淆后的量子态作为量子通道,提出了一个四方量子操作分享方案.文中讨论了该方案的安全性、成功几率性、分享者对称性和实验可行性.研究发现,该方案是安全的,可确定性地分享任意单量子比特操作,三个分享者中有两者是对称的,根据当前实验技术该方案切实可行.将本文方案与目前仅有的四个四方量子操作分享方案进行了简单的比较,发现本文方案在量子通道和量子比特布居上都与它们的不同.值得一提的是,本文方案是首个基于量子纠缠混态的量子操作分享方案.     

量子通信研究的若干问题

1935 年A. Einstein、B. Podolsky 和N. Rosen 三人发表合写文章"量子力学对物理实在的描述是否完备?"该文的局域性原则与他的狭义相对论(SR) 相呼应,但与量子力学(QM) 不一致.1951 年D. Bohm 对EPR 思维作了现代意义上的陈述,实际上启动了量子纠缠态研究.在此基础上,1965 年J. Bell 提出了后来称为Bell 不等式的隐变量理论,而在1981 年-1982 年A. Aspect 做了多个精确实验,结果与Bell 不等式不符,而与QM 一致.因此,双粒子系统中存在QM 预期的奇异相关,其中的超空间(超距) 作用却与EPR 思维矛盾.在后来数十年中,Bell 型实验常盛不衰,互相纠缠的光子间隔由Aspect 时的15m 逐步加大到144km,而在2017 年由中国量子卫星扩展到1200km,十分惊人.EPR 论文的错误对科学研究提供了深刻的教益.近年来量子通信技术的发展,就是建筑在量子非局域性和量子纠缠的基础上的.量子信息学(QIT) 有三个主要研究方向——量子计算、量子通信和量子雷达.量子通信的关键点在于必须有绝对保密性.但这在实际上很难,故迄今不能说这问题已经解决.因此,我们认为在2017 年量子通信才获很大成就.     

量子神经计算

量子计算与神经计算的结合是当前人工神经网络理论发展的一个前沿课题 ,由此而产生的量子神经计算新范式具有很高的理论价值和应用潜力。文章在介绍量子计算基本原理的基础上 ,讨论了将它引入神经计算领域的可能性和可行性 ,从理论上分析了量子神经计算所具有的性能 ,并给出量子神经计算模型的几种可能形式。     

量子计算中的几个组合数学问题的证明

证明了量子计算中的几个组合数学问题.     

量子计算中的七个组合恒等式

证明了量子计算中出现的七个组合恒等式.     

最优化的量子操作

讨论物理系统在不同的正交态之间演化所需要的时间.首先讨论了两能级系统,随后进一步讨论多能级系统.发现对多能级系统而言,在任意两个正交态之间演化的时间是两能级系统的2倍.这有利于在量子调控时,进行最优化的量子操作.     

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.     

基于腔场中氮空穴色心的几何量子计算（英文）

利用纯几何操作,提出腔场中的氮空穴色心作为量子比特实现几何量子计算的方案.在暗态子空间中,选取合适的闭合演化回路,可以构造出单比特和双比特控制相位门.因此,该文提出了一种很有前景的实现容错量子计算的方案.     

Quantum computation on gate-defined semiconductor quantum dots

During the past few years, researchers have made significant progress on quantum information processing in gate controlled semiconductor quantum dots. We review the global research efforts, including works by our group, which provides pathways towards applications in quantum computation.     

基于相位编码的高效量子密钥分配方案

提出了一种新的单向量子密钥分配方案.该方案利用光子的两列子波之间相位差关系形成的干涉结果进行编码,并且利用与干涉结果独立的光子偏振态进行窃听检测.并对该方案的效率和安全性进行了分析.理论分析表明,该方案的光子利用率为100%,而经典通信量仅约为BB84方案的一半,信息传输效率约为2n/(3n+4),高于BB84方案25%的效率值,随着传输光子数n的增大,效率值将趋近于66.7%.而且,该方案对于截获重发、测量重发、纠缠测量等常见的攻击,都具有很好的安全性.此外,对于现在的技术而言,该方案较易实现.     

基于交叉相位调制技术的三维簇态的高效制备

首先利用几类二维基本结构,给出链状三维簇态的制备方案.随后将二维基本结构扩展到三维,由此可以构建任意三维簇态.最后,提出两类新的基本结构,并由此实现一类特殊三维簇态的制备.所有制备方案都是基于交叉相位调制技术,比之此前的方案,具有可以确定性、高效性、快速性三大优点,使得簇态的制备对量子存储器的依赖得到很大程度的缓解,更具可行性和更加适用于大规模量子计算.     

多光子W态的高效制备

量子纠缠的制备是量子信息科学研究的一个重要课题.利用已有的控制路径门和融合门,给出一类重要的多光子最大纠缠态——W态的制备方案.区别于此前线性光学方案,该方案的实现是确定性的,并且不是基于后验选择的方式,因此可以避免线性光学方案的概率问题以及制备出来的量子态在使用上的局限性.同时方案实现所需的资源仅随光子数的增加而呈线性增长,比之传统线路量子计算模式下的多项式增长有着极大的优化.总之方案的确定性、适用性、高效性等特点,将使得方案更具可行性,也更适用于大规模量子信息过程.