非对称偏振三维纠缠态的预警制备

在量子信息处理过程中,量子纠缠态扮演着极为重要的角色,其特殊的物理性质,使得量子信息具有经典信息所没有的许多新的特征,为信息传输和信息处理提供了新的物理资源.针对非对称偏振三维纠缠态的制备,基于交叉相位调制技术,以纠缠光子对和两个单光子比特作为初态,通过单光子与相干光的相互作用以及双光子干涉来实现.如果通过三个非计数单光子探测器来预警制备三维最大纠缠态,其概率为3/64.而如果采用特殊的分段式光子探测器,其概率可以提高到3/8,达到理论极限值.该方案在理论上是可行的,效率相对较高,而且预警式的制备为其后续在量子信息过程中的使用提供了很大的灵活性.     

非对称信息条件下鹰鸽模型的量子博弈研究

本文利用量子博弈的相关理论建立了非对称信息条件下的鹰鸽量子博弈模型,求出了不同纠缠度值时的量子纳什均衡策略,并与经典博弈均衡策略比较得出:在经典博弈条件下得出与冲突成本相关的多重均衡策略,在量子博弈理论下得到与冲突成本无关的纠缠度为π/2时的唯一纳什均衡,而经典博弈论条件下的纳什均衡策略是量子均衡策略在纠缠度取零值的一种特殊情况,从而推广了鹰鸽博弈的纳什均衡策略解,也大大简化了运算.     

量子密集编码的理论研究进展

量子纠缠是量子信息论的1种重要物理资源.在经典通信中,发送1个经典比特,只能得到1个比特经典信息,而在量子通信中,利用量子纠缠的奇妙特性,发送1个量子比特,可以得到2个比特经典信息,这就是量子纠缠引发的新的关注点—量子密集编码.综述量子密集编码在量子信息论的研究现状,结合已有的Bennett密集编码方案和受控密集编码方案,展望了同时密集编码及受控同时密集编码在量子通信中的研究前景.     

不同单位成本条件下库若特模型的量子化研究

使用连续变量的量子系统对不同单位成本条件下的库诺特模型进行量子化处理,构造了一个最小量子化结构方案.求出量子均衡解后对量子均衡利润的相关影响因素进行了分析,并进行数值模拟,研究结果表明:没有纠缠度时,量子博弈还原为经典博弈.当纠缠度取无限大、企业相对单位成本差取特定范围时,此量子博弈模型要优于李慧等人研究的相同成本经典库诺特模型的量子化模型.     

量子关联研究综述

由EPR佯谬,薛定谔“猫态”等超越直观的纯量子现象产生的量子纠缠理论从其概念提出以来一直被人们认为既是量子理论最为重要的概念之一,也是在量子通讯中实现“稠密编码”和“隐形传态”的关键。然而,最近研究结果显示,量子纠缠并不能够完全解释量子关联所有特性。人们发现,除了纠缠以外,还存在对量子信息和量子计算具有极其重要意义的其它非经典关联,如量子失协是一个纯量子比特确定性量子计算机具有计算效率的原因。这说明,量子失协完全可以成为量子计算新的一种资源。文章介绍了非经典关联（包括量子纠缠）的基本概念及其度量方法,对量子失协在各类模型中表现出的量子关联特性进行分析和与量子纠缠,经典关联比较,从而体现出在各类量子体系中对量子失协进行研究的意义,同时引导理论和实验研究者去研究量子失协的潜在研究价值。     

使用QED技术制备簇态和实现量子信息的传输

提出了一种在腔QED中制备纠缠态并进行量子信息传输的协议,该协议指出量子信息的传输可以在制备纠缠态之后通过纠缠态的分配来实现量子信息的传输．也可以在制备纠缠态的过程中实现量子信息在原子间的直接交换。     

基于部分纠缠信道的高维赤道态概率可控远程联合制备

作为一种特殊类型的量子态,赤道态由于在量子信息处理中的独特应用引起了广泛关注.基于不同多粒子纠缠态信道,研究者提出了任意双量子比特、三量子比特以及多量子比特赤道态多方联合制备方案.本文研究了基于高维部分纠缠态的高维多粒子赤道态多方概率可控远程联合制备方案,提出了两个基于高维部分纠缠态的高维多粒子赤道态多方可控远程联合制备方案.一个方案以m个高维类GHZ态为纠缠信道,可实现多个控制方控制下的高维赤道态多方远程联合制备,另一个方案以一个多粒子部分纠缠态为量子纠缠信道完成单个控制方控制下的高维赤道态远程联合制备.多个发送方共享多粒子赤道态信息,依据已知信息对手中纠缠粒子选择执行相应正交投影测量,控制方对他的纠缠粒子执行单粒子测量.接收方与所有发送方和控制方合作,仅需引入一个附加量子比特就可在他的纠缠粒子上重建需制备量子态.方案不需要使用最大纠缠态作为量子纠缠信道实现高维赤道态远程可控联合制备,具有可行性强的优点.     

利用动力学去耦合脉冲增大和调节量子相干性和三体纠缠

本文研究了动力学去耦合脉冲对腔量子电动力学系统中量子相干性, 量子失谐和量子纠缠的影响, 发现动力学去耦合脉冲不仅能够增大系统中两原子之间的量子相干性, 同时也能增大它们之间非经典关联（量子失谐和量子纠缠）. 同时, 凭借迹距离的方法, 探讨了动力学去耦合脉冲增大两原子之间量子相干性的原因, 通过探究可以看出动力学去耦合脉冲能够控制和加速量子信息从其他子系统回流到两个原子中去, 并减少两原子子系统和其他子系统之间的量子信息流动, 从而增加两原子间的量子相干性和非经典关联. 最后, 利用保真度的方法研究了系统中三体纠缠出现的情况, 结果显示在不同的时间, 系统中会出现三体纠缠, 特别值得指出的是, 可以通过动力学去耦合脉冲来调节和增加系统中三体纠缠出现的时间.     

压缩真空环境下双腔系统的两原子纠缠

原子间纠缠的制备及其演化特性的研究对量子信息和量子网络的实现具有重要的意义.文章研究了压缩真空环境下双JC模型中两原子纠缠的演化,并讨论了不同初态、腔场的平均光子数和压缩角对纠缠的影响.结果表明:两原子初态的纠缠较强则任意时刻的纠缠也会较强;减小腔场的平均光子数可以延长纠缠存在的时间;腔场的压缩角对纠缠演化的影响比较微弱.     

PPKTP晶体相位匹配关系分析

压缩态光场和纠缠态光场等非经典光场是进行量子信息研究的基本资源,其中压缩态光场在低于量子噪声极限的量子精密测量中有着重要应用,而纠缠态光场被广泛应用于量子隐形传态,量子计算等领域。利用由不同类型相位匹配的非线性晶体构成的光学参量振荡器是制备不同类型非经典光场的有效手段之一。文章通过分析Ⅱ类周期极化磷酸氧钛钾(periodically poled KTiOPO_4,PPKTP)的准相位匹配条件,发现在改变其抽运光及注入种子光偏振的情况下,利用一种晶体可以分别实现两种类型的相位匹配,从而可以制备两种不同类型的非经典光场。理论预测的结果与已得到的实验数据基本一致。     

可扩展的多人市场模型的量子博弈(英文)

将古典经济学模型中的Bertrand双寡头模型推广到了N人的情况.在量子化的博弈中,随着所加纠缠的增大,收益也增大.并且,收益值将不断增长直至达到最优的"合作收益"值.而这个"合作收益"的值在经典博弈的非合作情况中是无法达到的.我们的量子化方法是,在相邻两公司间加入部分信息纠缠.推广到N人的Bertrand模型不但解决了Bertrand模型中的悖论,而且得到一个较为可行的结论.     

对一次谈判博奕的评价与思考

谈判是一个博奕过程。本文第一部分基于完全信息的合作博奕理论对一次谈判进行事后评价。在评价中,采用了软系统化并设计了一个简单实用的Ｐａｒｅｔｏ解及Ｎａｓｈ谈判解的近似求解方法。在第二部分思考如何对第一部分的求解方法加以扩充,以用于谈判前信息不完全的博奕问题。     

基于共词分析的量子信息学前沿热点分析

该文运用文献计量学的共词分析方法对量子信息科学2002—2011年的56072篇SCI论文的关键词进行分析,通过多元统计分析、共词聚类分析、类团粘合力计算和绘制关键词一关键词共现的聚类树形图和核心关键词关联知识图谱,挖掘当前量子信息科学的研究热点,得出量子信息科学目前主要集中在量子密码、量子计算、量子纠缠、量子点、量子阱、半导体量子点、量子阱激光器、量子点激光器、量子信息科学实验技术、制备量子点、量子阱、量子芯片等方面的研究上。     

Efficient quantum computing using coherent photon conversion

Single photons are excellent quantum information carriers: they were used in the earliest demonstrations of entanglement and in the production of the highest-quality entanglement reported so far. However, current schemes for preparing, processing and measuring them are inefficient. For example, down-conversion provides heralded, but randomly timed, single photons, and linear optics gates are inherently probabilistic. Here we introduce a deterministic process--coherent photon conversion (CPC)--that provides a new way to generate and process complex, multiquanta states for photonic quantum information applications. The technique uses classically pumped nonlinearities to induce coherent oscillations between orthogonal states of multiple quantum excitations. One example of CPC, based on a pumped four-wave-mixing interaction, is shown to yield a single, versatile process that provides a full set of photonic quantum processing tools. This set satisfies the DiVincenzo criteria for a scalable quantum computing architecture, including deterministic multiqubit entanglement gates (based on a novel form of photon-photon interaction), high-quality heralded single- and multiphoton states free from higher-order imperfections, and robust, high-efficiency detection. It can also be used to produce heralded multiphoton entanglement, create optically switchable quantum circuits and implement an improved form of down-conversion with reduced higher-order effects. Such tools are valuable building blocks for many quantum-enabled technologies. Finally, using photonic crystal fibres we experimentally demonstrate quantum correlations arising from a four-colour nonlinear process suitable for CPC and use these measurements to study the feasibility of reaching the deterministic regime with current technology. Our scheme, which is based on interacting bosonic fields, is not restricted to optical systems but could also be implemented in optomechanical, electromechanical and superconducting systems with extremely strong intrinsic nonlinearities. Furthermore, exploiting higher-order nonlinearities with multiple pump fields yields a mechanism for multiparty mediation of the complex, coherent dynamics.     

Scaling of entanglement close to a quantum phase transition

Classical phase transitions occur when a physical system reaches a state below a critical temperature characterized by macroscopic order. Quantum phase transitions occur at absolute zero; they are induced by the change of an external parameter or coupling constant, and are driven by quantum fluctuations. Examples include transitions in quantum Hall systems, localization in Si-MOSFETs (metal oxide silicon field-effect transistors; ref. 4) and the superconductor-insulator transition in two-dimensional systems. Both classical and quantum critical points are governed by a diverging correlation length, although quantum systems possess additional correlations that do not have a classical counterpart. This phenomenon, known as entanglement, is the resource that enables quantum computation and communication. The role of entanglement at a phase transition is not captured by statistical mechanics-a complete classification of the critical many-body state requires the introduction of concepts from quantum information theory. Here we connect the theory of critical phenomena with quantum information by exploring the entangling resources of a system close to its quantum critical point. We demonstrate, for a class of one-dimensional magnetic systems, that entanglement shows scaling behaviour in the vicinity of the transition point.     

Experimental purification of two-atom entanglement

Entanglement is a necessary resource for quantum applications--entanglement established between quantum systems at different locations enables private communication and quantum teleportation, and facilitates quantum information processing. Distributed entanglement is established by preparing an entangled pair of quantum particles in one location, and transporting one member of the pair to another location. However, decoherence during transport reduces the quality (fidelity) of the entanglement. A protocol to achieve entanglement 'purification' has been proposed to improve the fidelity after transport. This protocol uses separate quantum operations at each location and classical communication to distil high-fidelity entangled pairs from lower-fidelity pairs. Proof-of-principle experiments distilling entangled photon pairs have been carried out. However, these experiments obtained distilled pairs with a low probability of success and required destruction of the entangled pairs, rendering them unavailable for further processing. Here we report efficient and non-destructive entanglement purification with atomic quantum bits. Two noisy entangled pairs were created and distilled into one higher-fidelity pair available for further use. Success probabilities were above 35 per cent. The many applications of entanglement purification make it one of the most important techniques in quantum information processing.     

量子通信研究的若干问题

1935 年A. Einstein、B. Podolsky 和N. Rosen 三人发表合写文章"量子力学对物理实在的描述是否完备?"该文的局域性原则与他的狭义相对论(SR) 相呼应,但与量子力学(QM) 不一致.1951 年D. Bohm 对EPR 思维作了现代意义上的陈述,实际上启动了量子纠缠态研究.在此基础上,1965 年J. Bell 提出了后来称为Bell 不等式的隐变量理论,而在1981 年-1982 年A. Aspect 做了多个精确实验,结果与Bell 不等式不符,而与QM 一致.因此,双粒子系统中存在QM 预期的奇异相关,其中的超空间(超距) 作用却与EPR 思维矛盾.在后来数十年中,Bell 型实验常盛不衰,互相纠缠的光子间隔由Aspect 时的15m 逐步加大到144km,而在2017 年由中国量子卫星扩展到1200km,十分惊人.EPR 论文的错误对科学研究提供了深刻的教益.近年来量子通信技术的发展,就是建筑在量子非局域性和量子纠缠的基础上的.量子信息学(QIT) 有三个主要研究方向——量子计算、量子通信和量子雷达.量子通信的关键点在于必须有绝对保密性.但这在实际上很难,故迄今不能说这问题已经解决.因此,我们认为在2017 年量子通信才获很大成就.     

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。     

量子纠缠的理论与实践

量子纠缠是量子体系的一种奇妙特性。本文对量子纠缠的历史渊源和基本概念、近年来在理论和实践研究方面的重要进展以及在量子信息科学领域的应用前景,做了介绍与讨论,并对原子气池内的超光速传播的物理机制作了探讨。