两种典型的量子通信技术

量子通信是量子信息中的一个重要分支．而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信．文章介绍了量子通信中量子叠加和量子纠缠的概念．并介绍两种量子通信技术的理论框架,同时也涉及了这个领域的实验研究进展．     

量子信息技术

量子特性在信息领域有着独特的功能,在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面有望突破现有经典信息系统的极限。量子信息科学正是由量子力学与信息科学相结合的一门学科。近年来量子信息在理论、实验和应用领域都取得重要突破。量子通信在一定程度上已经实现了商业应用并具有广阔的市场应用前景;量子计算机具有目前的计算机从原理上所不可能具有的无与伦比的威力,但目前尚未真正意义上的量子处理器的技术实现,基于量子光学和固态体系的量子处理器的研究大有可为。     

量子计算及其应用

讨论量子计算机模型及其物理实现方案，量子计算过程，量子计算模型和量子并行算法，分析量子计算的指数级存储容量和指数加速特征，并简述量子计算和量子信息技术在保留通信、密码系统、数据库搜索等重要领域的应用。     

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。     

量子乘法器的设计及其实现方法

乘法器在数字信号处理和数字通信领域应用广泛,如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度。提出了一种新颖的量子乘法器设计方法,利用量子门设计一位量子全加器,并将n个一位量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器,实现2个n位二进制数的加和;再利用2个控制非门设计置零电路,并使用置零电路设计量子右移算子;对二进制数乘法步骤进行改进,利用量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器,同时设计实现此乘法器的量子线路。时间复杂度分析结果表明,本方法与目前最高效的量子乘法器具有相同的时间复杂度,并具有更简洁的实现方法。     

量子力学与量子计算机

从量子力学原理出发,说明量子力学的结果是现有计算机技术的天然障碍——计算机芯片的集成度最大到原子、分子量级(10-10m);论述了量子计算机强大运算能力的原因——量子纠缠态之间的关联效应.介绍了量子计算机的几种可能方案.指出量子计算机的研究需要当今最前导的微观物理技术与计算机技术结合起来.     

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。     

基于量子理论的信号处理研究进展

量子理论是20世纪物理学取得的重大进展之一。近年来,量子理论和信息科学相结合产生了量子通信、量子计算等交叉学科。本文从信号处理的角度出发,介绍基于量子理论的信号、图像处理研究进展。首先介绍了有关量子理论的基础知识,然后分别介绍了量子信号处理、量子神经网络及量子图像处理三个方面的内容,并简述了量子理论在信号处理领域的发展前景。     

两硬币量子博弈

以单硬币量子博弈理论为基础,给出了讨论两可分辨硬币量子博弈的一种方法:将两硬币视作是两个独立进行量子博弈的单硬币的线性叠加.并得出对于两可分辨的量子硬币,量子策略同样比经典策略更具优越性,采用量子策略的游戏者可完全控制游戏的胜负.     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

光子晶体的透射特性

首先, 用光的量子波动理论给出一维光子晶体的量子传输矩阵、 量子色散关系、 量子透射率和反射率; 其次, 通过数值计算分别给出一维光子晶体的量子色散关系、 量子透射率和反射率曲线, 并与经典的色散关系、 透射率和反射率进行比较. 结果表明, 其计算结果一致. 该方法可用于进一步研究光子晶体的量子Zak相、 量子陈数和量子边缘态等量子拓扑性质.     

量子传感的导航应用研究现状与展望

量子传感技术以光子、原子等量子系统为介质,利用量子效应可实现突破标准量子极限制约的超高精 度和灵敏度的物理量测量,为基于时空参量测量的传统导航定位授时技术体制的突破带来新的机遇。量子传感改变了导航系统中导航传感器的感知机理,能够实现高精度的时空参量观测,并利用量子系统的非经典特性,实现导航信息的安全可靠传输和探测,提升导航对抗能力。作为量子传感技术的主试验场,量子导航技术方兴未艾,新的导航参量量子传感技术和功能器件不断涌现,量测性能日新月异。在分析了不同量子传感技术和器件物理原理的基础上,探讨了量子导航技术的研究进展与发展方向,并展望了其未来发展趋势和组合导航方式。随着量子传感技术的进步,未来高精度、抗干扰的实用高性能量子导航系统将具有广阔应用前景。??     

量子Fourier变换在实现Deutsch-Jozsa算法中的应用

提出利用量子Fourier变换解决Deutsch-Jozsa算法问题的观点.结合量子Fourier变换和Deutsch-Jozsa算法的量子电路,找到一种利用量子Fourier变换解决Deutsch-Jozsa算法新的量子电路,并考察该量子电路中各个线路的量子状态,结合算法对该量子线路的状态进行研究.结果表明:利用量子Fourier变换解决Deutsch问题,能够有效地提高运算速度,节省运算时间.     

二粒态的概率隐形传态

量子隐形传态是量子信息学的一个重要组成部分,本文提出一个利用两个三粒子纠缠态作为信道的量子隐形传态方案,方案中一个两粒子态将被概率的传输。     

Quantum Switching Based on the Nearest Neighbor Hamiltonian

This paper describes a quantum switching architecture for nearest neighbor coupling.An efficient quantum shear sorting (QSS) algorithm is used to reduce the number of time steps.For the QSS algorithm,the running complexity of the quantum switching architecture is polynomial in time with the nearest neighbor coupling and the implementation is less complex.The result shows that improved switching is extremely simple to implement using existing quantum computer candidates.     

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.     

Twenty years of quantum contextuality at USTC

Quantum contextuality is one of the most perplexing and peculiar features of quantum mechanics. Concisely, it refers to the observation that the result of a single measurement in quantum mechanics depends on the set of joint measurements actually performed. The study of contextuality has a long history at the University of Science and Technology of China (USTC). Here we review the theoretical and experimental advances in this direction achieved at USTC over the last twenty years. We start by introducing the renowned simplest proof of state-independent contextuality. We then present several experimental tests of quantum versus noncontextual theories with photons. Finally, we discuss the investigation of the role of contextuality in general quantum information science and its application in quantum computation.     

量子计算原理及研究进展

 量子计算机是量子力学与计算问题相结合的产物,是近几年的研究热点,引起了广泛的社会关注。本文回顾量子计算机的发展,介绍了量子算法和量子计算模型,并以离子阱和超导线路为例阐述了量子计算机的物理实现,然后介绍了为了克服消相干而发展出的量子编码,以玻色取样为例讨论了量子霸权。展望未来,近期内可以展示量子霸权,进而实现解决特定问题的量子模拟器,但是普适的量子计算机的研制仍然需要很长的时间。     

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.     

An Efficient Framework to Utilize Grover Search

This paper proposes an efficient framework to utilize quantum search practically.To the best of our knowledge,this is the first paper to show a concrete usage of quantum search in general programming.In our framework,we can utilize a quantum computer as a coprocessor to speed-up some parts of a program that runs on a classical computer.To do so,we propose several new ideas and techniques,such as a practical method to design a large quantum circuits for search problems and an efficient quantum comparator.