基于关联方向测量的量子关联

通过讨论量子失协的上界,给出可达熵量子关联态的一个必要条件．对于双量子比特系统,利用可获得经典关联的最佳测量定义了关联方向上最小的量子失协,分析得到该度量是量子失协很好的逼近结果．最后,讨论量子关联的动力学过程,发现量子关联在衰减的过程中出现了突然的改变,利用关联方向上最小的量子失协给出了该现象的合理解释．     

利用腔QED实现非常规几何量子相位门

提出一个基于压缩算符的非常规几何量子相位门的方案.在腔QED系统中,在强共振经典场驱动下,利用两个三能级原子与腔模的双光子相互作用,研究了两量子比特非常规几何量子相位门,发现它与腔模占有数有关,当腔模初始时处于真空态,这个方案对腔模衰变不敏感.     

超导非绝热几何量子计算及其优化控制

为实现量子门的高保真度和强鲁棒性,提出基于超导量子电路体系的非绝热几何量子计算方案.仅通过对超导比特施加含时共振微波驱动的方式,可以在超导比特上实现任意的单比特几何量子门.同时,在2个电容耦合的超导比特体系中,非平庸的2比特几何量子门也可以类似地实现.结果表明:提出的非绝热几何量子计算方案不仅对几何量子操作具有较好的鲁棒性,还可以与优化控制技术兼容,进一步增强量子门的鲁棒性.该方案的提出使容错固态量子计算的研究与发展向前迈出了重要的一步.     

以十量子纠缠态为信道的循环受控量子隐形传态

利用一个十量子最大纠缠态为信道,提出一个关于三个未知二量子态的循环受控隐形传态协议。在该协议中,Alice能把她的二量子a和a'之态传送给Bob,Bob能把自己的二量子b和b'之态传送给Charlie,Charlie也能把自己的二量子c和c'之态传送给Alice。仅当三个发送者Alice、Bob、Charlie和控制者David相互合作时,循环受量子控隐形传态才可能成功地实现。     

Kane固体量子计算机中核自旋读出

在2个量子位(qubit)的体系中,对Kane固体量子计算机模型的通过电子状态与核子自旋状态的交换进行测量的方法进行了研究。从2个量子位系统的Hamilton量出发,根据总自旋在外磁场方向的总投影分成5个不变子空间,构造它们的块对角矩阵形式。分析了它们所有的本征值和本征态随电子之间交换相互作用的大小的变化关系。结果表明:利用核自旋和电子自旋交换来测量核自旋的方法是有一定适用范围的,在2个量子位与2个电子的系统中的16个态中,只有4个可以利用这种方法来测量。     

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.     

t-bit semiclassical quantum Fourier transform

Because of the difficulty of building a high-dimensional quantum register,this paper presents an implementation of the high-dimensional quantum Fourier transform(QFT)based on a low-dimensional quantum register.First,we define the t-bit semi- classical quantum Fourier transform.In terms of probability amplitude,we prove that the transform can realize quantum Fourier transformation,illustrate that the requirement for the two-qubit gate reduces obviously,and further design a quantum circuit of the transform.Combining the classical fixed-window method and the implementation of Shor’s quantum factorization algorithm,we then redesign a circuit for Shor’s algorithm,whose required computation resource is approximately equal to that of Parker’s.The requirement for elementary quantum gates for Parker’s algorithm is 3 O (logN),and the quantum register for our circuit re- quires t-1 more dimensions than Parker’s.However,our circuit is t2 times as fast as Parker’s,where t is the width of the window.     

n-粒子赤道态的受控远程制备

为了解决多量子态的制备问题,首先提出一种构造2n+1-量子纠缠态的方法,并给出其量子线路图。其次,采用2n+1-量子纠缠态为信道,出来远程制备一个任意n-量子赤道纠缠态的方案。该方案在控制者Charlie的协助下,Alice通过多量子投影测量和经典通信,Bob采用简单酉变换就能以100%的概率成功重构任意n-量子赤道态。进一步,通过任意二量子态和任意三量子态的制备的具体实例,说明了上述关于一般多量子赤道纠缠态远程制备协议是可行的。     

基于5粒子团簇态实现2粒子未知态的量子隐形传态

提出了一个决定性的传输2粒子未知态的量子隐形传态方案.在这个方案中,发送者 Alice 和接收者Bob共享一个5粒子团簇态.首先,发送者Alice对自己手中的粒子做一次5粒子von-Neumann联合测量,并把测量的结果通过经典信道告诉接收者 Bob.接受者 Bob 根据发送者 Alice 通知的测量结果,对手中的粒子做相应的幺正变换,就能够获得发送者Alice想要传输的2粒子未知态.     

二粒子未知态的受控量子通信

提出了一个利用七粒子态传送一个二粒子未知态的多方受控量子通信方案。该方案中发送者指定一名控制者,它不能接收二粒子未知态,但是它可以和发送者一起协助接收者重构二粒子未知态。发送者对自己拥有的4个粒子做一次von-Neumann联合测量,控制者在计算基下对它的粒子做测量。接收者根据两次测量结果对自己拥有的粒子做相应的幺正操作,就可以构造出发送者所发送的未知态。可以设置多名接收者,使它们都受到控制者的约束,从而实现多方受控量子通信。     

2粒子未知态的受控分级量子通信

提出了1个以6粒子团簇态为量子信道实现2粒子未知态的受控分级量子通信方案。不同的接收者因其受发送者的信任程度不同而对未知态的恢复能力也不同。发送者对手中的3个粒子做1次 von-Neumann 联合测量,控制者根据不同的接收者或自己做局域测量或联合测量。接收者收到2次测量结果后做相应的幺正操作可恢复未知态,完成本次的量子通信。     

集体旋转噪声信道上的量子安全直接通信

基于集体噪声的思想,构造一个两粒子无消相干子空间,进而提出了一个可抵抗旋转噪声的双向量子安全直接通信协议.消息分发者直接将一比特秘密信息编码到对应的相干保持态,接收者执行确定的测量来解码消息.此外,通过对一些常见攻击情形的分析,对协议的安全性进行简要的讨论.     

量子系统自测试研究

量子系统自测试研究如何利用量子系统本身来测试其可信性,即根据量子设备的经典输入输出之间的统计关系来确认设备中所制备的量子态和所执行的量子测量.在经典世界中,要实现这种"设备自己测试自己"的目标并不可行,但量子力学中的非局域性却使这种自测试成为可能.量子系统自测试是设备无关量子密码协议的理论基础.综述了量子系统自测试领域的研究进展.具体来说,首先详细介绍了由两粒子最大纠缠态(即单态)及相应量子测量所构成的两方量子系统的自测试,包括测试1对量子态的CHSH方案、Mayers-Yao方案、(2,2,2,2)通用方案、(N,N,2,2)链式Bell方案,和测试2对量子态的双CHSH方案、魔方方案等.在此基础上,简要介绍了两方部分纠缠态及多方量子系统的自测试方案.最后对量子系统自测试未来的发展进行了展望.     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态（英文）

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案。利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案。在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上。在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制。此外,还讨论方案的实验可行性。     

一种类型的三量子比特纠缠态远程制备

提出一种类型三量子比特GHZ态远程制备(RSP)实现方案,利用两量子比特的最大纠缠态(即Bell态)作为量子信道,制备成功几率和经典信息消耗都被一一计算出来.就一般情况来说,根据Alice的测量结果,Bob以1/4的几率能够成功实现GHZ态的远程制备.但是,对于三类特殊态,经额外消耗经典信息后其成功几率能够大大提高至1.0.即此方案是决定性的.     

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%。     

Universal quantum computation with the exchange interaction

Various physical implementations of quantum computers are being investigated, although the requirements that must be met to make such devices a reality in the laboratory at present involve capabilities well beyond the state of the art. Recent solid-state approaches have used quantum dots, donor-atom nuclear spins or electron spins; in these architectures, the basic two-qubit quantum gate is generated by a tunable exchange interaction between spins (a Heisenberg interaction), whereas the one-qubit gates require control over a local magnetic field. Compared to the Heisenberg operation, the one-qubit operations are significantly slower, requiring substantially greater materials and device complexity--potentially contributing to a detrimental increase in the decoherence rate. Here we introduced an explicit scheme in which the Heisenberg interaction alone suffices to implement exactly any quantum computer circuit. This capability comes at a price of a factor of three in additional qubits, and about a factor of ten in additional two-qubit operations. Even at this cost, the ability to eliminate the complexity of one-qubit operations should accelerate progress towards solid-state implementations of quantum computation.     

量子纯态与混合态的几何代数分析

采用几何代数的方法对两能级量子系统的状态进行描述与特性分析,借助于量子系统的密度矩阵,对量子纯态和混合态的几何表示进行了详细的推导,对比Bloch矢量与几何代数的表示方法,给出2种表示法之间的对应关系。     

Implementation of a Toffoli gate with superconducting circuits

The Toffoli gate is a three-quantum-bit (three-qubit) operation that inverts the state of a target qubit conditioned on the state of two control qubits. It makes universal reversible classical computation possible and, together with a Hadamard gate, forms a universal set of gates in quantum computation. It is also a key element in quantum error correction schemes. The Toffoli gate has been implemented in nuclear magnetic resonance, linear optics and ion trap systems. Experiments with superconducting qubits have also shown significant progress recently: two-qubit algorithms and two-qubit process tomography have been implemented, three-qubit entangled states have been prepared, first steps towards quantum teleportation have been taken and work on quantum computing architectures has been done. Implementation of the Toffoli gate with only single- and two-qubit gates requires six controlled-NOT gates and ten single-qubit operations, and has not been realized in any system owing to current limits on coherence. Here we implement a Toffoli gate with three superconducting transmon qubits coupled to a microwave resonator. By exploiting the third energy level of the transmon qubits, we have significantly reduced the number of elementary gates needed for the implementation of the Toffoli gate, relative to that required in theoretical proposals using only two-level systems. Using full process tomography and Monte Carlo process certification, we completely characterize the Toffoli gate acting on three independent qubits, measuring a fidelity of 68.5?±?0.5 per cent. A similar approach to realizing characteristic features of a Toffoli-class gate has been demonstrated with two qubits and a resonator and achieved a limited characterization considering only the phase fidelity. Our results reinforce the potential of macroscopic superconducting qubits for the implementation of complex quantum operations with the possibility of quantum error correction.     

一种求解一维量子体系本征态的方法

为了得出一维量子体系本征态的简易求解方法,介绍了一维有限格点量子链和量子环本征能量的一种求解方法,并且借助图示的方法对这两种体系的能谱进行了详细的对比,这样可以清晰地认知一维有限格点量子链和量子环这两种结构的能谱特点.对这两种结构中格点能量存在涨落的情况进行了讨论,并且给出了量子链中表面态出现的条件,同时发现量子环中格点能量的涨落不会导致表面态的出现.