不同类型连续变量量子态离物传递的判据

章利用最子力学的测量理论，分析了不同类型连续变量量子态在离物传递过程中的态演化，并推导出输出态的保真度表示式。结果表明对不同类型的输入态，其保真度和保真度的非经典边界有不同的形式。和相干态比较，当输入态为非经典量子态时，为达到同样的保真度必须应用具有高关联度的量子纠编态光场。     

高阶相干光子扣除超叠加改善量子传输保真度

利用光子扣除算符构成的相干光子超叠加操作作用于2个模压缩真空态,引入一类非高斯量子态——高阶相干光子扣除超叠加单模压缩真空态.通过导出该量子态的正规乘积形式,推导了该量子态的归一化系数,与Legendre多项式密切相关.利用相干态的超完备关系和平移算符的正规乘积,导出了态的特征函数的相干态表示,进而解析导出了利用该量子态作为纠缠源实现相干态隐形传输的保真度.研究结果表明:当压缩参数相等时,保真度可获得最大值,对于奇数阶操作,保真度比无叠价操作情况更差,而对于偶数阶情况,在一定的压缩参数范围内,保真度优于无纠缠情况,且保真度可优于经典的最大保真度1/2,同时保真度可以随m的增加而改善.     

数态光场与3个两能级原子相互作用系统的保真度

根据量子信息保真度理论,研究了数态光场与初始处于GHZ态的3个两能级原子相互作用系统中量子态保真度的演变规律.对系统中原子和场取迹后不同量子态保真度的变化规律和场的初始光子数对系统中不同量子态保真度的影响进行了分析与研究.结果表明,初始光子数越大,量子态保真度随时间振荡频率越大.     

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%。     

非马尔科夫环境中海森堡XYZ自旋链的隐形传态

利用量子隐形传态方案研究两比特各向异性海森堡XYZ模型隐形传态保真度随时间的演化过程.以最大纠缠态■作为信道，通过量子态扩散方法求解非马尔科夫主方程，从而获得系统的约化密度矩阵；再通过标准的隐形传态方案计算海森堡XYZ自旋链的平均保真度.经过研究发现：当环境关联系数γ较小时，平均保真度明显地呈现出上升的趋势，这表明非马尔科夫环境能够增加平均保真度；同时较大的自旋耦合系数J和余弦磁场强度B也能够增加平均保真度.     

基于催化式KL M型干涉实现非高斯 量子态的制备及非经典性研究

作为一种常见的量子资源,非高斯量子态在连续变量量子信息处理中发挥着重要作用.本文考虑单模压缩态作为输入态,通过Knill-Laflamme-Milburn(KLM)型SU(3)干涉操作后,实现一种新型非高斯量子态的制备.利用Wigner函数的相空间分布,研究发现,通过调控输入态的压缩参数和KLM模型中三个光束分离器的反射率,可以实现非高斯态的高探测概率以及获得高非经典特性.特别是,在大压缩参数和低反射率区域中,所制备非高斯态的Wigner函数呈现出明显的负部体积特征.这些研究为实现长距离量子安全通信提供了理论指导.     

薛定谔猫态光场与多光子跃迁运动二能级原子相互作用系统的保真度

利用全量子理论,研究了薛定谔猫态光场与多光子跃迁运动二能级原子相互作用系统的保真度.分别讨论了初始光强、原子运动速度、跃迁光子数以及薛定谔猫态中两宏观相干态的相位角等物理参量对系统保真度的影响.结果表明:随着初始光强的增大,量子态保真效果越来越差;当初始光强增大到一定程度时,偶相干态和奇相干态的保真度与时间演化特性相同;当跃迁光子数为奇数时,原子运动速度的增大使量子态保真效果更好.     

量子态在包括长程相互作用磁耦极相互作用系统中传输的研究

分析了量子态在包括长程相互作用自旋系统中的传输过程,分自旋传输系统处于基态和热平衡态两种不同情形进行讨论.通过自旋系统随时间的自由演化,不需要对系统进行其它的操作,就可以实现量子态从自旋链一端向另一端的传输.再选择合适的时间进行测量,可以提取得到保真度接近1的量子态.初始时刻自旋系统处于基态时,保真度随着测量时间呈准周期变化,并在0.5~1之间震荡.当自旋传输系统处于热平衡态时,最大保真度随着温度的降低而升高.无论体系初始时刻是处于基态还是处于热平衡态,当系统处于适当的外加恒定磁场中,传输效率都会提高.     

阻尼Jaynes-Cummings模型下两原子与双模真空态光场相互作用系统中量子态的保真度

利用数值计算的方法,在阻尼Jaynes-Cummings(J-C)模型下,研究两原子与双模真空态光场相互作用系统中量子态的保真度,分析了原子的初始状态、跃迁频率、腔场频率、耗散阻尼系数等参量对系统中量子态保真度的影响.结果表明,无耗散阻尼时,保真度在整个区间出现规则的周期振荡,但随着耗散阻尼的增加,量子态保真度振荡的幅度越来越小,最后达到一个稳定值.     

自旋相干叠加态的反聚束效应

两个不同的自旋相干态的叠加态具有非经典的特性,反聚束效应是这类叠加态的非经典效应之一。通过研究实、虚两个自旋相干态的叠加态的反聚束效应,发现粒子数目和自旋相干态的参数|η|共同决定了这一类叠加态具有反聚束效应的量子态的数量。     

3粒子GHZ态的量子远程克隆

提出了一个能实现3粒子GHZ态1→2的量子远程克隆方案:运用2个4粒子纠缠态作为量子信道,通过发送者的2次Bell测量、Hadamard变换、单粒子测量及经典通信;2个接收者进行相应的幺正变换、引入附加粒子和通过Toffoli门,就可以得到原未知态的近似拷贝,此方案的保真度与输入态有关.另外,还推广了一种实现N粒子GHZ态1→2的量子远程克隆方案.     

Realization of three-qubit quantum error correction with superconducting circuits

Quantum computers could be used to solve certain problems exponentially faster than classical computers, but are challenging to build because of their increased susceptibility to errors. However, it is possible to detect and correct errors without destroying coherence, by using quantum error correcting codes. The simplest of these are three-quantum-bit (three-qubit) codes, which map a one-qubit state to an entangled three-qubit state; they can correct any single phase-flip or bit-flip error on one of the three qubits, depending on the code used. Here we demonstrate such phase- and bit-flip error correcting codes in a superconducting circuit. We encode a quantum state, induce errors on the qubits and decode the error syndrome--a quantum state indicating which error has occurred--by reversing the encoding process. This syndrome is then used as the input to a three-qubit gate that corrects the primary qubit if it was flipped. As the code can recover from a single error on any qubit, the fidelity of this process should decrease only quadratically with error probability. We implement the correcting three-qubit gate (known as a conditional-conditional NOT, or Toffoli, gate) in 63 nanoseconds, using an interaction with the third excited state of a single qubit. We find 85?±?1 per cent fidelity to the expected classical action of this gate, and 78?±?1 per cent fidelity to the ideal quantum process matrix. Using this gate, we perform a single pass of both quantum bit- and phase-flip error correction and demonstrate the predicted first-order insensitivity to errors. Concatenation of these two codes in a nine-qubit device would correct arbitrary single-qubit errors. In combination with recent advances in superconducting qubit coherence times, this could lead to scalable quantum technology.     

自旋为1的系统的量子非经典性度量

相干态最初在1960年由Klauder和Sudarshan提出.基于此,许多经典性和非经典性的度量被提出. 1971年Radcliffe提出了原子相干态,但基于原子相干态的非经典性度量研究仍然较少.本文利用原子自旋相干态的特征提出一种度量非经典性的方法,并讨论了这种度量的若干性质,例如转动算符作用下的不变性和纯态的非经典性.我们给出了一些计算例子,例如猫态、NOON态和混合态.这种度量只在自旋为1的系统上讨论.这些结果对探索量子非经典性的度量和量子资源理论有一定的意义,也对实验室利用非经典性度量起到积极作用.     

一维量子点阵列自旋链上多比特态的信息传输

利用演化算符作泰勒展开,作用于初态的信息上;使用湮灭算符和其所产生的算符,作用在单比特态上,使一维量子点阵列自旋链上的多比特态量子信息实现完美传输;通过计算初态演化到末态的概率幅,使保真度达到1时实现信息完美传输．结果表明:当相邻量子点之间的交换相互作用和自旋链长度都相同时,保真度传输的比特数越大,传输时间越短．      

Experimental demonstration of quantum memory for light

The information carrier of today's communications, a weak pulse of light, is an intrinsically quantum object. As a consequence, complete information about the pulse cannot be perfectly recorded in a classical memory, even in principle. In the field of quantum information, this has led to the long-standing challenge of how to achieve a high-fidelity transfer of an independently prepared quantum state of light onto an atomic quantum state. Here we propose and experimentally demonstrate a protocol for such a quantum memory based on atomic ensembles. Recording of an externally provided quantum state of light onto the atomic quantum memory is achieved with 70 per cent fidelity, significantly higher than the limit for classical recording. Quantum storage of light is achieved in three steps: first, interaction of the input pulse and an entangling field with spin-polarized caesium atoms; second, subsequent measurement of the transmitted light; and third, feedback onto the atoms using a radio-frequency magnetic pulse conditioned on the measurement result. The density of recorded states is 33 per cent higher than the best classical recording of light onto atoms, with a quantum memory lifetime of up to 4 milliseconds.     

多色连续变量量子态

光场量子态的制备在量子光学及光量子信息科学领域具有重要的地位.多组份多载波(多色)的非经典光场量子态,特别是载波位于光通信与原子吸收线等波段的量子态,在量子通信、量子计算等方面存在着潜力巨大的应用前景.文章介绍了该方面研究现状与研究动态.     

热光场与运动二能级原子相互作用系统的保真度

借助于数值计算方法,研究了热光场与运动二能级原子相互作用系统的保真度,讨论了原子的初始状态、运动速度及光场的初始平均光子数对系统保真度的影响.结果表明原子初始状态、运动速度及光场的初始平均光子数都对保真度有不同程度的影响.     

磁场作用下海森堡模型的热纠缠传态

研究了均匀磁场作用下的两量子比特XXZ海森堡模型的热纠缠,并且以此热纠缠混合态作为量子信道传输两量子比特的纠缠纯态.计算出输出态的纠缠度和传态的平均保真度.讨论了温度、磁场、各向异性参数对纠缠度和平均保真度的影响.