Bell inequality,separability and entanglement distillation

In this review,we introduce well-known Bell inequalities,the relations between the Bell inequality and quantum separability,and the entanglement distillation of quantum states.It is shown that any pure entangled quantum state violates one of Bell-like inequalities.Moreover,quantum states that violate any one of these Bell-like inequalities are shown to be distillable.New Bell inequalities that detect more entangled mixed states are also introduced.     

基于GHZ态的四量子位秘密共享方案

利用GHZ态作为量子信道,再辅以经典信道传送经GHZ态测量后的信息,便可实现量子位的秘密共享．基于上述思想,充分利用六粒子GHZ纠缠态的相关性,通过1次Bell基测量、4次单粒子测量和相应的幺正变换,从而实现了4个量子位的秘密共享方案.     

基于4粒子纠缠态的未知3粒子态概率量子隐形传态

使用4粒子纠缠态作为量子信道,在对4粒子纠缠态的纠缠系数方面并没有做确切要求的前提下,完成了未知3粒子纠缠态的隐形传态.在传输过程中,发送方对2对粒子进行Bell测量并公布结果,然后再对4粒子中的一个粒子作Hadamard操作之后,也对其进行测量,且将测量结果通过经典信道公布.接收方引进2个辅助粒子并实施一次控制非操作,再进行一组适当的幺正变换,便可实现未知3粒子纠缠态的概率量子隐形传态.     

Experimental determination of entanglement with a single measurement

Nearly all protocols requiring shared quantum information--such as quantum teleportation or key distribution--rely on entanglement between distant parties. However, entanglement is difficult to characterize experimentally. All existing techniques for doing so, including entanglement witnesses or Bell inequalities, disclose the entanglement of some quantum states but fail for other states; therefore, they cannot provide satisfactory results in general. Such methods are fundamentally different from entanglement measures that, by definition, quantify the amount of entanglement in any state. However, these measures suffer from the severe disadvantage that they typically are not directly accessible in laboratory experiments. Here we report a linear optics experiment in which we directly observe a pure-state entanglement measure, namely concurrence. Our measurement set-up includes two copies of a quantum state: these 'twin' states are prepared in the polarization and momentum degrees of freedom of two photons, and concurrence is measured with a single, local measurement on just one of the photons.     

实在性、定域性和见尔不等式的若干讨论

本文介绍和讨论了实在性和定域性观念以及其数学化的表述——Bell不等式中的若干问题,指出某些与Bell不等式相联系的实验存在严重的缺陷.对实在性观念和量子力学的分歧重新给予了评论。     

Experimental one-way quantum computing

Standard quantum computation is based on sequences of unitary quantum logic gates that process qubits. The one-way quantum computer proposed by Raussendorf and Briegel is entirely different. It has changed our understanding of the requirements for quantum computation and more generally how we think about quantum physics. This new model requires qubits to be initialized in a highly entangled cluster state. From this point, the quantum computation proceeds by a sequence of single-qubit measurements with classical feedforward of their outcomes. Because of the essential role of measurement, a one-way quantum computer is irreversible. In the one-way quantum computer, the order and choices of measurements determine the algorithm computed. We have experimentally realized four-qubit cluster states encoded into the polarization state of four photons. We characterize the quantum state fully by implementing experimental four-qubit quantum state tomography. Using this cluster state, we demonstrate the feasibility of one-way quantum computing through a universal set of one- and two-qubit operations. Finally, our implementation of Grover's search algorithm demonstrates that one-way quantum computation is ideally suited for such tasks.     

借助于推广Bell态实现两体量子态隐形传态

两比特量子隐形传态的实现直接关系到量子计算机的实现,因此提出一个任意两比特量子态的隐形传态方案,发送者能成功地将此量子态几率地传送给接收者.此方案中,16个推广的非最大纠缠Bell态(简称G态)之一充当量子信道.发送者通过实行推广的Bell态测量(G态测量),接收者通过引入一个辅助粒子并实施适当的么正变换和单粒子测量,能将此任意两比特量子态以一定的几率发送给接收者.此种隐形传态方案的成功几率由量子信道系数绝对值的最小值所决定.

Abstract：

Two-qubit quantum teleportation is closely related to quantum computation, so a teleportation protocol in which an arbitrary bipartite quantum state is perfectly teleported probabilistically from sender to receiver is proposed. One of 16 generalized non-maximally entangled Bell states (G states for simplicity) functions as quantum channel. The teleportation can be successfully realized with a certain probability if sender performs generalized Bell state measurements (G measurements) and receiver introduces an auxiliary particle and operates appropriate unitary transformations and single-qubit measurements. The probability of successful teleportation is determined by the smallest one among the coefficients' absolute values of the quantum channel.     

PT对称Bell态的经典纠缠与CPT纠缠

研究4个宇称\|时间(PT)对称Bell态在经典Hermite条件下的纠缠问题. 结果表明: 在4个PT对称Bell态中, |Φ_-〉和|Ψ_-〉仍为经典量子态, 且在经典量子Hermite内积下仍为最大纠缠态; |Φ₊〉和|Ψ₊〉不再总是经典量子态, 将其在Hermite内积下进行规范化后的经典量子态也不再总是Hermite内积下的最大纠缠态.     

基于4粒子团簇态实现量子态的双向通信

提出了一个用4粒子团簇态作为量子信道传输量子态信息以实现双向通信的方案.在该方案中,通信双方Alice和Bob事先共享一个4粒子团簇态.在通信过程中:首先,将4粒子团簇态与双方要传递的量子态信息共同构成系综态;然后,Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作Bell基的联合测量,并把测量结果通过经典信道告诉对方;最后,Alice和Bob根据对方公布的测量结果,作相应的幺正变换,就可以在自己的粒子上重现对方要传送的量子态信息.这样就达到了实现量子态的双向通信的目的.     

运用扩展的Bell测量实现三粒子任意态的量子隐形传态

提出一种运用扩展的Bell测量实现三粒子任意态的量子隐形传态方案,构建了64种正交的扩展Bell态,运用一个最大纠缠的六粒子量子态作为量子通道,在相互的经典通信和一些相应的单粒子幺正变换的协助下,信息的接受者Bob成功恢复了初始量子态,成功传态的总概率为1．     

量子通信中的量子加密网络

对量子密钥分发协议进行了研究，利用点－点量子密钥分发协议的基础上，基于传统密钥托管方案，推广到多点之间（即在网络环境下）的密钥分发协议，提出了多用户、多控制中心网络环境下量子密钥分发过程的实现方法。各中心节点只起到密钥存储、Bell基联合测量、对密钥进行接力传送的作用，密钥是动态产生的，各中心并不知道最终生成的密钥。     

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。     

无限维两体量子系统态的一些纠缠判据

探讨了无限维两体复合量子系统态的可分性问题,利用局域不确定性关系提出了无限维两体量子态可分的一些必要条件,得到了可分态所满足的一些不等式,推广了作者Otfried Guhne（PhysRev Lett,2004）和Zhang Chengjie（Phys Rev A,2010）的有限维的相关结果,对于识别无限维量子系统态的可分性是一个补充。     

用非最大纠缠态实现三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几率地传输三粒子部分纠缠态的量子控制方案．在该方案中,选择量子通道中的一个粒子作为控制粒子,发送者进行一次Bell基测量和2次Hadamard门测量;控制者实施一次Hadamard门测量,并将他们的测量结果利用经典信道发给接收者;接收者根据他们的测量结果进行适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就能得到待传的未知量子态．该方案是一种基于非最大纠缠态的几率受控的隐形传态方案,可以应用于远程量子计算、远程量子克隆、量子远程控制等．     

二能级三粒子一般态的概率传输

研究了用六粒子的非最大纠缠纯态传输二能级三粒子的一般态.传输方案没有利用Bell基测量,而是利用幺正变换和局域进行了测量.在经典通讯的帮助下,通过做适当的幺正变换和对辅助量子位的测量,这个三粒子一般态可以一定的成功概率从发送者处传输到接收者处.     

二能级二粒子一般态的概率传输

研究了用4个粒子的非最大纠缠纯态传输二能级二粒子的一般态。传输方案没有利用Bell基测量，而是利用么正变换和局域进行了测量。在经典通讯的帮助下，通过做适当的么正变换和对辅助量子位的测量，这个二粒子一般态可以一定的成功几率从发送者处传输到接收者处。     

基于三方秘密共享4粒子团簇态实现三比特量子态的可控隐形传态

提出了三比特未知量子态的可控隐形传态方案,利用2个三方共享的4粒子团簇态作为量子信道,由第三方进行控制.首先,发送者(Alice)对其拥有的3个粒子对进行3次 Bell 基联合测量,并把结果通过经典信道告诉接收者(Bob)和控制者(Charlie).若控制者同意接收者重建未知量子态,则对自己的粒子对进行 Bell基测量,并将结果通知接收者.接收者根据发送者和控制者的测量结果,对自己拥有的粒子对做相应的幺正变换,就可以重建发送者要传的三比特未知的量子态,从而实现可控隐形传态     

关于Bell数的几个不等式

本文主要研究了相邻两个Bell数之间的关系,由此得出了一些有关Bell数上下界的不等式。     

Bell基的局域SU2变换不变量研究

由局域SU2变换不变量出发,对Bell基矢的纠缠度及Bell基矢的局域SU2变换不变量进行分析,讨论了Bell基线性叠加态的纠缠度.结果表明,虽然Bell基都是纠缠度最大的纠缠态,但从局域SU2变换不变量看其仍是两种形式.同一形式的最大纠缠态线性叠加(实数)构成的态仍是纠缠态,且纠缠度不变,其态矢构成纠缠基;不同形式的最大纠缠态线性组合后纠缠度改变,其态矢不能构成纠缠基.任意多个局域SU2不变量相同的最大纠缠态线性叠加构成的态仍是纠缠态,且纠缠度不变.     

Entanglement detection beyond the CCNR criterion for infinite-dimensions

In terms of the relation between the state and its reduced states, we obtain two inequalities which are valid for all separable states in infinite-dimensional bipartite quantum systems. One of them provides an entanglement criterion which is strictly stronger than the computable cross-norm or realignment (CCNR) criterion.