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.     

量子区分与量子克隆简述

在经典信息理论中,编码状态可以精确复制与区分;而在量子信息中,由于态的叠加性存在,使得非正交态不可区分,量子态不可复制与删除.但是,量子态的区分和克隆在新型的量子信息科学中具有广泛的应用,例如量子密码的接收和窃听等.本文简要介绍量子态的区分和克隆的数学概念及相关研究结果.     

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.     

构造不变子空间计算光子克隆的保真度

研究了双模辐射场和几个三能级原子的相互作用,计算了光子克隆的平均保真度随时间的变化,对数值计算过程进行了简化. 在对量子态的演化进行数值计算中,一般是在整个Hilbert空间进行计算.如果系统的空间维度很大,则数值计算需要处理大量的数据,花费大量的计算时间,有时候可以根据系统的特殊物理性质简化数值计算.如果在整个Hilbert空间找到每个量子态所在的不变子空间,对于每个量子态,在时间演化算符的作用下始终在自己的不变子空间内演化.不需要在全空间数值计算量子态的演化,而只需要在初态所在的子空间计算即可. 通过比较分析得知,在数值计算少数三能级原子对光子的克隆时,在全空间计算量子态的演化需要处理的数据量比在各自子空间计算要大1个数量级.     

量子态的相位测量

阐述了一种新的测量量子态相位信息的方法及其原理. 通过测量由时域对称场所制备的量子态的量子干涉效应, 实现了对量子态的相位信息的提取和测量. 给出了该物理模型下的测量结果的解析表示, 揭示了被测量子态的相位信息和周期演化规律. 在理论上提出了实现可见光范围内几何相位测量的有效方法.     

基于单光子的安全通信方案

提出了利用单光子态在通信双方之间建立密钥以及进行安全通信的方案.在此方案中除了用于检测窃听者是否存在的量子态以外,剩余的量子态全部用来建立密钥,效率较高,并且在此基础上提出的安全通信方案的安全性达到"一次一密"的水平.     

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.     

量子压缩态及其熵

量子压缩态是一种新的量子态,本文利用熵的观点对其进行探讨,求得量子压缩态的存在条件,与正交相算子方法所得的结果相一致。     

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.     

关于Markov量子态的一些刻画

利用算子理论和矩阵论的方法,给出研究Markov量子态的意义.根据Markov量子态的定义及von Neumann熵的相关性质证明出一个纯态是Markov量子态的两个充要条件以及一个混合态是Markov量子态的两个充分条件.     

无限维两体量子系统态的可分性鲁棒和纠缠鲁棒

研究了量子信息理论中无限维两体量子态的可分性鲁棒和纠缠鲁棒问题。利用无限维两体量子系统态的Concurrence纠缠度以及可分态的边缘态的概念,讨论了无限维两体量子态的可分性鲁棒和纠缠鲁棒的定义。得到了可分性鲁棒以及纠缠鲁棒的若干基本性质,推广了有限维两体量子态的相应结果,获得了无限维两体量子系统态的可分性鲁棒和纠缠鲁棒分别为零的等价条件。     

原子系综在二次方相互作用演化下多体纠缠特性

利用平均量子Fisher信息度量了在二次方相互作用下体系的相互纠缠的特性,同时也考虑了加上线性相互作用项后体系多体纠缠演化的特点,结果表明在线性和非线性共同作用下自旋体系的多体纠缠保持的时间更久。考虑了体系在噪声影响下的纠缠产生过程,发现即便是有噪声的情况下,原子体系也还具有很高的纠缠度。这对于量子多体纠缠在量子精密测量和量子通信中的应用都有着极其重要的作用。     

阻挫自旋梯子的纠缠与量子相变

对于具有阻挫作用的反铁磁自旋梯子,采用多体格林函数方法并结合Jordan-Wigner变换,计算系统中近邻双格点的纠缠,分析纠缠的奇异性与量子相变之间关系.发现随着外磁场的变化,纠缠出现奇异即发生量子相变,但在量子相变点纠缠不一定出现奇异,这说明纠缠奇异与量子相变并非一一对应,此外纠缠平台与磁化平台一一对应.     

An error-free protocol for quantum entanglement distribution in long-distance quantum communication

Quantum entanglement distribution is an essential part of quantum communication and computation protocols. Here, linear optic elements are employed for the distribution of quantum entanglement over a long distance. Polarization beam splitters and wave plates are used to realize an error-free protocol for broadcasting quantum entanglement in optical quantum communication. This protocol can determine the maximum distance of quantum communication without decoherence. Error detection and error correc-tion are performed in the proposed scheme. In other words, if there is a bit flip along the quantum channel, the end stations (Alice and Bob) can detect this state change and obtain the correct state (entangled photon) at another port. Existing general error detec-tion protocols are based on the quantum controlled-NOT (CNOT) or similar quantum logic operations, which are very difficult to implement experimentally. Here we present a feasible scheme for the implementation of entanglement distribution based on a linear optics element that does not need a quantum CNOT gate.     

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.     

两全同二能级原子同时与真空腔场相互作用任意态的纠缠

应用负值量子条件熵,研究了在大失谐情况下,两全同二能级原子同时与一真空腔场相互作用任意态纠缠的时间演化.考察了统初态对两原子系之间量子纠缠的影响,并将结果与concurrence的时间演化作了比较.结果表明,负值条件熵能够作为该条件下两全同二能级原子同时与单模腔场相互作用任意态的,容易解析计算的纠缠度.图2,参12.     

量子纠缠对原子偶极压缩的影响

研究2个纠缠的二能级原子中的1个原子在与相干光场相互作用过程中,纠缠参量θ对另1个原子的偶极压缩的影响.结果表明,原子偶极算符的∏1分量不存在压缩,而∏2分量则存在压缩,∏2分量的压缩随表征相互作用时间的参量g t和相干光振幅α的增大而增大,而随纠缠参量θ呈负单峰变化,当g t=0.7、α=10及θ=π/4时,∏2分量在产生最大压缩的情况下呈现最大的量子纠缠.     

一次量子通信量子密钥分发和认证协议的安全性分析

分析了一次量子通信量子密钥分发（QKD）和认证（QA）协议存在的安全性漏洞,协议能抵抗截取／重发攻击策略和纠缠攻击策略,但不能抵抗纠缠／截取攻击策略,严格意义上说,在有信道噪声情况下,仅通过一次量子通信不能实现QKD和QA,根据原协议的条件,提出了2个新协议：①直接测量共享的GHZ态;②通过在原协议中加入检测过程以抵抗纠缠／截取攻击策略。     

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。     

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.