在量子信息分裂中利用局部测量提高量子参数估计

我们利用多体量子纠缠信道在环境噪声中实现了关于量子相位参量的信息分裂.这个量子信息分裂方案是指从一个发送端,人们将含有信息的任意量子态传输到多个接收端,然后利用么正测量在任意一个接收端上还原量子参量信息.我们发现,在退振幅阻尼噪声通道下,合理引入局部测量能提高量子参量估计精度.当环境表现为马尔科夫性时,经过量子信息分裂,量子参量估计精度的动力学演化会呈现单调衰减趋势.当环境具有一定记忆效应时,其演化会呈现振荡起伏行为.     

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.     

旋波近似下的量子Zeno效应时间

频繁对系统进行量子测量会产生阻抑不稳定量子态衰减的量子Zeno效应。通过对哈密顿量以及不稳定量子态进行中岛变换,在薛定谔绘景下直接计算出量子Zeno效应时间,得出弱耦合情况下发生量子Zeno效应所需的最基本条件,给出量子Zeno效应时间与测量光场频率、耦合强度及不稳定量子态自身能级间隔之间的关系。     

基于非最大纠缠态的双向量子通信协议

对基于非最大纠缠态的量子密码协议进行了研究,并提出了新的看法。协议中的双向传输方式与量子超密度编码相似,可以通过发送量子比特对中的一个粒子来传送一个两比特的密钥。协议的安全性是基于量子力学中非最大纠缠态之间不可能通过本地幺正变换而相互转化的。偷听者Eve可能确定传输的量子态并窃取密钥,但无法重新发送此量子态,合法的通信双方将侦探到偷听者的存在。此种协议也适用于量子安全直接通信。     

测量基角度偏差对单量子态隐形传送的影响研究

量子隐形传态是量子信息传输的一种重要方式，在量子态传送过程中不可避免地存在信道噪声。本文构造了一组测量算符以分析量子态与测量算符偏差角度的关系，并给出了量子测量信道的信道传递矩阵。通过对未知单量子态隐形传送协议的分析，给出了发送方和接收方测量基的旋转偏差对量子态传送结果的影响，其中接收方的判定概率不再恒为0.25，且从测量信道获取的量子平均互信息量在旋转角为0或π时达到最大值。     

集体旋转噪声信道上的量子安全直接通信

基于集体噪声的思想,构造一个两粒子无消相干子空间,进而提出了一个可抵抗旋转噪声的双向量子安全直接通信协议.消息分发者直接将一比特秘密信息编码到对应的相干保持态,接收者执行确定的测量来解码消息.此外,通过对一些常见攻击情形的分析,对协议的安全性进行简要的讨论.     

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.     

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.     

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.     

基于多硬币量子游走的仲裁量子(t,n)门限群签名

量子群签名是一类具有特殊性质的仲裁量子签名的变体.大多数现有的基于隐形传态的量子群签名方案不具备门限性质,也难以拓展为量子门限群签名.为了实现从普通量子签名向量子(t, n)门限群签名的扩展,解决基于联合Bell态测量的量子签名效率低下的问题,本文以量子游走实现的广义隐形传态为基础,提出了一种量子(t, n)门限群签名方案. n个签名者组成一个群组,只有其中的t个签名者可以利用量子游走系统代表该群组生成一个有效的签名.所提出方案使用基于多硬币量子游走的隐形传态来传递量子消息,量子一次一密验证量子消息.验签者在可信仲裁者的帮助下,通过量子比较算法来检查签名的有效性.在安全性方面,所提出方案满足门限群签名的不可伪造性、不可否认性、门限安全性、签名者身份可追踪性和签名者的匿名性要求.在效率方面,所提出方案使用基于量子游走的隐形传态实现量子信息的传输,无需提前制备纠缠量子态,以高效的单粒子投影测量代替联合测量.此外,所提出方案使用随机数和公共板,可以避免验签者对签名的否认并保证签名的完整性.     

一类两体非X-型量子态的量子失谐

量子失谐是近年来被发现的除量子纠缠外很重要的一种量子关联,是量子信息中两种表达式的差异.针对两体X-型量子态的量子失谐的研究有很多,但对两体非X-型量子态的研究较少.讨论一类含4个参数的两体非X-型量子态的量子失谐.通过对量子测量进行酉变换,得到经典量子关联.最后运用拉格朗日乘数法来求其量子失谐的极值,给出这类两体非X-型量子态量子失谐的解析解.     

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.     

整形啁啾脉冲光场作用下的量子相干控制与量子全息

在一级微扰理论近似下,研究了整形啁啾脉冲光场与二能级原子系统作用过程中的量子相干控制问题.利用惠更斯-菲涅耳原理解释了整形脉冲光场作用下量子态波函数的演化过程类似于时域＂光栅衍射＂效应;利用菲涅耳波带片方法研究了布居几率的增强效应.基于利用整形脉冲实现的量子相干控制和量子全息思想在理论上提出并论证了测量波函数的一种新方法.     

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.     

量子的半保留克隆

目的提出一种使得量子可以完全克隆的机制——量子半保留克隆机制。方法比较量子的克隆机制与DNA的半保留机制,研究量子的半保留克隆机制。结果通过各种条件的对比研究,获得量子的半保留克隆机制。结论存在任意一个未知的、具有空间对称的量子态,不需要正交条件,其可以在量子克隆机作用下以任意一个基矢为模板,按照空间同步的或者空间异步的方式,克隆出另外一个基矢;在空间的对称操作下产生分离,形成了两个与初始量子态完全等价的量子态;两个量子态各半保留了其初始量子态的基矢。     

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．     

利用四粒子部分纠缠态实现二粒子未知态的概率受控量子传递

提出了一个二粒子未知态受控量子隐形传递的方案,以四粒子部分纠缠态作为量子信道,应用其中的一个粒子作为控制粒子.在传递者和控制者进行了一系列的测量之后,根据他们的测量结果,接收者通过做适当的幺正变换和对辅助量子位的测量,就能以一定的概率得到待传递的量子态.     

阻尼Jaynes-Cummings模型下两原子与双模真空态光场相互作用系统中量子态的保真度

利用数值计算的方法,在阻尼Jaynes-Cummings(J-C)模型下,研究两原子与双模真空态光场相互作用系统中量子态的保真度,分析了原子的初始状态、跃迁频率、腔场频率、耗散阻尼系数等参量对系统中量子态保真度的影响.结果表明,无耗散阻尼时,保真度在整个区间出现规则的周期振荡,但随着耗散阻尼的增加,量子态保真度振荡的幅度越来越小,最后达到一个稳定值.     

量子远程制备的理论研究进展

量子通信作为量子信息处理中的重要组成部分得到了广泛研究.它与传统通信方式不同,量子信息可以不通过量子媒介就能异地传输,量子隐形传态就是典型事例.作为一种改进的量子传输协议,量子远程制备能够平衡量子测量和经典通信,但是研究证明,这种平衡并不适合所有量子态,它受到很严格的限制,依赖于所传输信息空间的代数或几何结构.随着研究不断深入,这种限制似乎可以通过信息分裂传输来部分克服.主要总结了量子远程制备的理论研究现状及典型案例,并对进一步需要开展的研究予以展望.     

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。