基于一个共享辅助逻辑Bell态的抗集体噪声鲁棒量子对话

本文分别提出两个抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议.在每个提出的QD协议中,每个由4物理量子比特构成的4个逻辑Bell态被用于对抗集体噪声.信息泄露问题通过从一个通信方向另一个通信方直接两步传送辅助逻辑Bell态来克服.Bell态测量而非4量子比特联合测量被用于解码.抵抗窃听者主动攻击(如截获-重发攻击、测量-重发攻击、纠缠-测量攻击和木马攻击)的有效性能够得到保证.     

基于逻辑量子比特和控制非操作的鲁棒量子对话

本文利用逻辑量子比特和控制非(Controlled-Not,CNOT)操作提出两个分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的鲁棒量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议.制备方产生逻辑量子比特作为传输态以抵抗集体噪声.另一方借助于CNOT操作知道逻辑量子比特的初始制备态,并在制备方发送过来的一个经典信息序列的帮助下解码出制备方的秘密信息.制备方借助于量子安全直接通信读出另一方的秘密信息.这样,信息泄露风险被有效地避免.在所提出的协议中,只有单光子测量被需要用于量子测量.与之前的抗噪声QD协议相比,所提出的协议具有最高的信息论效率.与作者最近设计的需要将两个相邻的逻辑量子比特制备处于相同的量子态的QD协议相比,所提出的协议在实验上更加容易执行,因为它们没有这种特殊的要求.     

基于集体噪声信道三量子比特纠缠态测量相关性的鲁棒量子对话

利用三量子比特纠缠态作为初始量子资源,提出两个分别运行在集体退相位噪声信道和集体旋转噪声信道上的鲁棒量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议.Alice制备一系列三量子比特纠缠态,将它们分成一个物理量子比特序列和一个逻辑量子比特序列,然后将逻辑量子比特序列发送给Bob.接着,Alice和Bob分别对物理量子比特序列和逻辑量子比特序列进行测量.根据他的测量结果,Bob制备新的没有测量过的逻辑量子比特序列,并利用逻辑酉操作编码他的秘密消息.接着,Bob将编码的逻辑量子比特序列发送回Alice.最后,Alice对编码的逻辑量子比特序列施加逻辑酉操作以编码她的秘密消息并公布她对其的测量结果.这样,Alice和Bob就能解码出彼此的秘密消息.借助于三量子比特纠缠态的测量相关性,两个参与者秘密地共享信息逻辑量子比特的初态.这样,信息泄露问题被克服.所提出的协议只需要单光子测量.与之前提出的可运行在集体噪声信道上的QD协议相比,所提出的协议具有最高的信息论效率.     

基于具有极化和空模自由度的单光子的量子加密量子对话

本文提出一种新颖的基于具有极化和空模自由度的单光子的抗信息泄露量子对话(Quantum Dialogue, QD)协议,利用量子加密技术克服信息泄露问题.本文协议利用量子加密技术和诱骗光子技术对用于编码两个通信者隐秘经典比特的双自由度单光子进行双重保护.为了避免信息泄露问题,用于编码的双自由度单光子的初始态通过量子密钥加密和解密被两个通信者共享.本文协议的信息论效率为40%.     

集体噪声信道中基于逻辑Bell态可控的量子对话协议

利用逻辑Bell态提出两个分别抵抗集体退相位噪声和集体旋转噪声的可控的鲁棒量子对话协议。协议的量子资源是利用DF(Decoherence free)态构造的逻辑Bell态,在第3方的控制下,通信双方仅需单光子测量,可获得秘密消息,控制方却不能获得任何秘密消息。所提出协议最大优点是第3方可控,无信息泄露问题。控制方需进行Bell基测量,但通信方仅需单光子测量,通信双方的编译码仅用异或操作完成,简单易行。对协议进行安全性分析证明了协议的有效性。     

基于单光子或逻辑量子比特的无信息泄露量子对话

本文首先利用单光子作为量子资源提出一个无信息泄露量子对话(Quantum Dialogue,QD)协议,其中每个单光子被直接编码用于传送秘密消息.通信双方事先共享量子态制备规则.制备方通过量子安全直接通信读取另一方的秘密消息.另一方借助于从制备方发送过来的指示单光子制备基的一个经典信息序列来解码出制备方的秘密消息.这样,信息泄露问题被避免.所提出的基于单光子的协议只需要单光子测量.与Shi的最近两个基于单光子的QD协议不同的是,所提出的基于单光子的协议既不需制备两个相邻的单光子处于相同的量子态也不需执行控制非(Controlled-Not,CNOT)操作.最后,本文利用逻辑量子比特作为量子资源将所提出的基于单光子的协议分别推广到抗集体退相位噪声和抗集体旋转噪声的情形.     

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.     

联合噪声下确定的安全量子通信

提出了两个抗联合噪声的确定的安全量子通信方案. 一个用于在联合转动噪声下进行安全的量子通信, 另一个用于在联合退相位噪声下进行安全的量子通信. 量子通信的双方利用他们的子系统之间的量子关联有效地完成窃听检测. 为了在联合噪声下进行安全的量子通信, 发送方需要制备一串三光子纠缠态, 但通信双方仅需要采用单光子测量获得信息, 而不是Bell态测量. 这一特点使得我们的方案在实际应用中更方便.     

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     

联合噪声信道下基于部分纠缠信道的非定域Toffoli门远程实现

量子操控远程实现是量子通信重要任务之一,最近,基于量子纠缠信道的非定域量子门引起了广泛关注.基于不同信道提出了双量子比特控制非门,三量子比特Toffoli门远程实现方案.本文研究信道联合噪声下基于部分纠缠信道的三粒子非定域Toffoli门远程实现方案,提出了两个非最大纠缠信道下可克制信道联合噪声的非定域Toffoli门远程实现方案.一个方案用于联合退相位噪声下基于部分纠缠信道的非定域Toffoli门远程实现,另一个用于联合转动噪声下非定域Toffoli门远程实现.通信方先使用退相干无关子空间克制信道联合噪声影响,再通过引入附加粒子和执行联合幺正演化消除部分纠缠信道对非定域Toffoli门远程实现影响.通讯方仅需使用部分纠缠态来实现非定域量子门,与其他方案相比,具有可行性强的优点.     

操作腔外原子比特控制腔内多光子过程中原子比特熵压缩性质

考虑初始处于Bell态的两原子比特,将其中一个注入真空态腔中发生多光子共振相互作用情况.运用量子信息熵理论,研究对腔外原子比特施逻辑门操作及基态测量前后,腔内原子比特的熵压缩性质.结果表明,操作腔外原子比特前,腔内原子比特不产生熵压缩现象;对腔外原子比特施Hadamard(H)门和H类门操作后,在k=3光子过程中,腔内原子比特产生周期为π/(3!)~1/2熵压缩现象,可制备最佳熵压缩态;在k3的多光子过程中,随着光子数增加,熵压缩因子E(Sx)产生高频振荡,一般熵压缩频繁出现,最佳熵压缩产生次数明显增加,有利于噪声环境下量子通信和量子计算的实验实现.     

噪声环境下纠缠相干态的量子关联特性

着重研究了在振幅噪声环境下两体纠缠相干态(Entangled Coherent State,ECS)与贝尔态的量子关联演化.用形成纠缠熵(Entanglement of Formation,E)、量子失协(Quantum Discord,QD)、测量诱导扰动(Measurement-Induced Disturbance,MID)及几何量子失协(Geometric Measure of Quantum Discord,GQD)来计算纠缠相干态在噪声环境下的量子关联演化,发现纠缠相干态的量子失协随着r先减小再增长,然后又逐渐衰减至0,其测量诱导扰动则随着r单调衰减到0,而量子失协以及测量诱导的扰动在振幅衰减影响下比形成纠缠熵演化更加持久.通过对比分析,发现对称与非对称噪声通道下贝尔(Bell)态不一定比纠缠相干态的纠缠度更高,纠缠相干态以及贝尔态的量子关联影响区别不是很明显.     

集体幅值阻尼信道上的量子安全直接通信

针对幅值阻尼信道,提出了一个高效的量子安全直接通信协议.协议利用两粒子量子态编码一个逻辑比特,从而可以抵抗集体幅值阻尼效应.消息分发者直接将秘密编码,接收者执行确定的测量解码消息,测量不存在测量基不匹配的情况.量子态传输过程利用非正交态不可区分性保证其安全性.此外,利用量子计算的基本操作构造了量子线路以实现信道编码和信息编码.     

基于低Q腔的集体旋转无退相干子空间中的量子信息处理

基于低Q腔的单光子输入输出过程实现量子信息处理任务.将2个光子的极化态编码为1个逻辑量子比特,编码方式对于集体旋转噪声免疫.提出了实现原子和逻辑量子比特之间的混合控制相位翻转门,2个逻辑量子比特之间的CNOT门,逻辑量子比特的纠缠制备,原子到逻辑量子比特的量子态转移等方案.     

基于时分复用的量子网络编码

量子网络编码用于解决量子网络中的拥塞问题,可以有效地提高量子网络的传输效率和总吞吐量.本文提出了一种时分复用量子网络编码方法,在蝶形网络上可交叉传输两个任意单量子比特态.为了解决拥塞问题,一个具有偏振和时隙自由度的单光子作为桥梁,以可预报的方式使瓶颈信道两端的中间节点的两对量子存储器产生纠缠.最后,基于量子隐形传态和所生成的可预报双纠缠信道,可实现蝶形网络上量子2对单播通信.考虑不诚实中间节点,进而提出了一种安全增强的量子2对单播通信协议,分析了协议的安全性和性能.结果表明,改进后的协议对不诚实中间节点实施的一般纠缠测量攻击是安全的.通过利用时分复用技术,它可以扩展到更一般的量子网络上的多单播通信.     

联合旋转噪声下单光子与两光子态的隐形传送

量子隐形传态在量子计算和量子通信方面有重要的应用。本文提出经由联合旋转噪声信道的单粒子态两粒子未知的非最大纠缠态的隐形传送协议。这两个协议也可以推广到多粒子态的隐形传态。     

基于非对称量子信道的非局域N-qubit受控幺正门的网络设计与优化

本文提出在非对称量子信道辅助下有效地实现非局域N-qubit受控幺正门的局域操作方案.分别设计两个量子网络去实现该非局域门.方案一用(N–2)个对称的qubit-qubit Bell态和一个非对称的qubit-qudit Bell态作为量子信道.它利用qubit-qudit Bell态中qudit的(N–2)个附加能级将(N–1)个非局域控制态的多个计算基态"隐藏"起来,简化了该非局域门的操作.该方案的缺陷是,qudit的能级和所耗费的1-qudit门随N增加.在不改变网络功能的条件下,方案二用(N–1)个非对称的qubit-qutrit Bell态作为量子信道,对方案一进行了优化.该方案分别利用(N–1)个qutrit的第3能级仅将(N–1)个非局域控制态的某个计算基态"暴露"于随后的操作,进一步降低了网络的复杂度,提高了操控速度.值得注意的是,两个方案在不使用辅助系统的条件下所需的局域二体门仅为(3N–4)个.     

任意Bell型纠缠态的双向受控概率隐形传态

提出一种利用非最大纠缠态作为量子信道,实现任意Bell型纠缠态的双向受控概率隐形传态.通信双方Alice、Bob和控制方Charlie事先密享纠缠态构建量子信道.通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的个别粒子做测量,并通过经典信道公布结果,若控制方同意双方通信则对自己的粒子做测量,将结果通过经典信道公布.通信双方根据所有测量的结果对各自粒子做相应的幺正变换,引入辅助粒子完成投影测量或者POVM测量,最后再引入辅助粒子实现双向隐形传态.     

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.     

用六量子比特团态实现两量子比特态秘密分享

本文提出了一个量子态分享方案用来分享两量子比特纯态。方案中,量子通道是六量子比特团态(cluster态)。通过两个贝尔态测量,发送者(Alice)可将任意两量子比特纯态平均地分配给两个远处的代理(Bob和Charlie),为了使Bob还原发送者的量子态,Charlie需执行两个单量子比特测量。在获知Alice和Charlie的测量结果后,Bob可以通过一个合适的两量子比特酉操作得到Alice所发送的两量子比特态。本文详细给出了对应于所有测量结果的Bob所需的操作。