确定性地实现非局域高维量子Toffoli门的网络设计与优化

本文提出确定性地实现非局域高维量子Toffoli门的操作方案.分别设计两个量子网络实现该非局域门.方案一是Eisert等人方案的高维推广.该方案的缺陷是需在靶端执行一个高维三体门.直接实现多体高维量子门,在目前的技术条件下仍存在一定的困难.在不改变网络功能的条件下,对方案一进行了优化.通过在靶端引入辅助的三维粒子(Qutrit),有效地降低了网络的复杂度.方案二的简单性及其对资源的有效利用等特点,使其在目前的实验条件下更具可行性和更加适用于大规模量子网络.     

量子非局域性的应用与度量

随着量子计算机研究的进一步深入，量子态非局域性的理论日益重要，尤其是如何度量非局域性的大小．本文解释度量非局域性的大小的原则及介绍了一些主要的应用方向．     

量子Swapping网络中非局域性度量的上界的优化

测量诱导的非双局域关联是一种通过对多体量子系统状态进行局部测量来量化Swapping网络中非局域性的度量。在纯态情形这类度量具有解析的计算公式,但对于混合态情形无法精确计算,只能对其上界进行估计。该文研究一类特殊的混合态,即边缘态ρ_BC具有直积态ρ_BC=ρ_B?ρ_C形式,其中ρ_B是非简并且ρ_C是简并的情况,得到了该类混合态测量诱导的非双局域关联上界更精细的计算公式。     

基于局域压缩量子剪切制备非高斯量子态及非经典性

光场量子态的制备和操控对于量子信息处理的发展具有非常重要的实际意义.将局域的压缩操作引入到量子剪切装置中,实现将输入相干态截断为真空光,单光子和双光子的叠加形式.利用平均光子数和Wigner函数,着重研究了输出态的非经典特性.在相同参数下,局域压缩参数的增加有利于平均光子数的提高以及Wigner函数负部体积的增大.此外...     

以十量子纠缠态为信道的循环受控量子隐形传态

利用一个十量子最大纠缠态为信道,提出一个关于三个未知二量子态的循环受控隐形传态协议。在该协议中,Alice能把她的二量子a和a'之态传送给Bob,Bob能把自己的二量子b和b'之态传送给Charlie,Charlie也能把自己的二量子c和c'之态传送给Alice。仅当三个发送者Alice、Bob、Charlie和控制者David相互合作时,循环受量子控隐形传态才可能成功地实现。     

非局域双缝双光子干涉的量子局域性理论

设计了一个新的非局域双缝双光子干涉的实验,从局域的量子理论出发,计算得到了与实验现象相一致的理论结果,说明即使光子对是非纠缠的,也可以得到表观为非局域的实验结果。     

两粒子非最大纠缠态的量子非局域性

利用Bell—CHSH(Clauser—Horne—Shimony—Holt)不等式研究两个自旋为1／2的原子所构成的量子态的量子非局域性，计算表明两个自旋为1／2的原子所构成的非最大纠缠态，它的量子非局域性与量子态之间的纠缠度和极角有关；而所构成的最大纠缠态的非局域性只与极角有关。     

以量子非局域性为基础的超光速通信

1935年Einstein根据自己对自然的理解提出了EPR论文,该文的局域性原则对应他的狭义相对论(SR)。文章坚持以超光速传送能量和信息的不可能性,否定体系分开为两个(Ⅰ和Ⅱ)之后会有一种超距作用的机制。1951年D.Bohm对EPR思维实验作了现代物理意义的陈述,称为Bohm自旋相关方案或自旋双值粒子系统,实际上启动了量子纠缠态研究,对EPR思维是一种推进。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年间A.Aspect做了多个精确实验,结果与Bell不等式不符,却与量子力学(QM)一致。Aspect实验在科学界引起震动,使物理学家J.Brown和P.Davies在英国广播公司(BBC)组织了一次对著名科学家的访谈。在采访J.Bell时他说,该不等式是分析EPR思维所产生的,这个思维说在EPR论文条件下不应存在超距作用,但那些条件却导致了QM所预期的奇特的相关性。Aspect实验结果是在预料之中的——QM从未错过,即使条件苛刻也不会错。这些实验无疑证明了Einstein的观念站不住脚。Bell认为,现在为克服理论上的困难,可以回到Lorentz和Poincarè;可以想像以太这种参考系存在,在其中事物可以比光快。Bell重复说想回到以太概念,因为从EPR论文可以看出,景象背后有某种东西比光快。EPR论文建基于SR之上,二者都否认超光速的可能性,这也就是SR与QM的根本矛盾。QM允许超光速存在,认清这一点对科学进步有重要意义。J.Bell于1990年去世,但他建立了不朽的功绩,Bell不等式成为科学史上最伟大的发现之一。几十年来所谓Bell型实验长盛不衰,双粒子奇异纠缠的距离从最早的15m多年后增大为144km,十分惊人。特别是在2008年,D.Salart等用处于纠缠态的相距18km的2个光子完成的实验证明其相互作用的速度比光速大一万倍以上,为10~4c—10~7c;可以说此实验对有关EPR的长期争论作了结论。可否说量子纠缠态必然引向超光速信号传送?研究表明"景象背后"的影响允许超光速通信。人们都承认实际上存在相互纠缠粒子之间的超光速信息传送是确定的事实,问题仅在于如何应用于人类相互交流和联系。EPR论文的错误对科学研究提供了深刻的教益,对量子纠缠态这种奇特物理相互作用的好奇是思考和探索的永不衰竭的原动力。量子纠缠态或许可以称为"第5种基本的物理相互作用";而所谓Bennett方案并非唯一的用量子纠缠作远距离通信的途径。     

一维非幺正PT对称量子行走的拓扑特性

分离时间量子行走包含硬币旋转算符和条件平移算符两种相继作用.文章在这两种算符中分别引入一个可控的参数,同时加入增益损耗算符,构造满足PT对称的一维非幺正量子行走模型.通过计算Zak相位和平均位移来表征系统的拓扑特性,给出系统在参数空间的拓扑相图,并说明用实验可测量平均位移能够判断量子行走的拓扑特性.     

非最大纠缠GHZ态的受控量子隐形传态

提出2种方案来完成非最大纠缠GHZ态的受控量子隐形传态,2种方案的信道分别为非最大纠缠EPR对和GHZ态的复合以及非最大纠缠EPR对和W态的复合.为提高隐形传态的安全性和可控性,2种方案中发送者和接收者之间都没有直接的量子纠缠信道,发送者需要向控制者提出申请,控制者同意后进行Bell基测量,从而使发送者和接收者之间建立量子纠缠信道.随后,发送者进行Bell基测量和von-Neumann测量.接收者根据控制者和发送者的测量结果进行幺正变换,完成隐形传态.     

改进的基于量子信道加密的量子秘密共享协议

改进了一个基于量子信道加密的量子秘密共享协议,原协议曾被证明是不安全的.改进协议不仅解决了原协议存在的安全问题,而且节约了资源并提高了窃听检测率.在改进协议中最重要的特点是即便窃听者中途放弃了窃听,该窃听者曾经的窃听行为仍然有一定的概率被检测到.     

基于量子遗传算法的无线传感网络路由优化

考虑到无线传感网络(WSN)传感器节点的能量有限性,分析了WSN的网络模型和能量模型,提出一种基于改进量子遗传算法的路由优化算法.利用复杂连续函数测试,验证了算法的性能和可行性.经仿真分析,证明该算法应用于WSN路由优化问题时,能更快速和更稳定地求解最小能量代价的数据传输路径,从而减少WSN传感器节点的能量消耗,延长整个WSN网络的使用寿命.     

非最大纠缠团簇态的受控量子超密编码

研究了利用非最大纠缠团簇态作为量子信道的受控超密编码.研究结果表明,监控者通过调节其测量基矢的角度可以控制发送者和接收者之间的传送信息量,这也是对发送者和接收者之间量子信道的控制.     

基于广义逆的受控机构优化

基于受控原动件的机械特性和受控机构二自由度的特点，建立精确实现多点轨迹受控机构的圆拟合优化模型．提出运用广义逆求解补偿运动位移的方法。     

基于三粒子纠缠态的量子受控密集编码

提出利用一个三粒子纠缠态作为量子信道的受控密集编码方案。结果表明:监控者通过调节其测量角可以控制发送者的信息发送能力。     

基于量子粒子群优化的网络拥塞控制新策略

为了改善网络拥塞控制系统的性能,基于流体流理论的网络简化模型,将量子空间中的粒子群优化算法(QDPSO)应用于PID控制器参数优化.定义了一个综合调节时间、上升时间、超调量、系统静态误差、正弦跟踪误差等动静态性能指标函数,在给定的参数空间进行组合优化搜索,迅速求得获取使性能指标优化函数极小化的一组PID控制器参数,将PID控制器应用于网络主动队列管理系统中.仿真结果表明,在大时滞和突发业务流的冲击2种情况下,该方法设计的控制器的动静态性能优于RED,PI算法,也优于GA,SPSO算法的优化结果,超调量均小于4%,调节时间均小于4s,稳态误差均小于2个数据包.     

利用部分纠缠的量子信道确定性地实现N→1和1→N的受控量子远程旋转

提出利用部分纠缠的量子信道确定性地实现多个发送者1个接受者和1个发送者多个接受者的受控量子远程旋转方案.首先考虑利用两个(N?M?1)粒子部分纠缠的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态确定性地实现N个发送者在M个监控者的控制下确定性地将她们的旋转分别传给远处接受者的操作(N→1).然后考虑在一个(2K?M?1)粒子部分纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)-GHZ态或K个(M+2)粒子部分纠缠的GHZ态辅助下,发送者随意地将她的旋转分为N份(NK)并在M个监控者的控制下确定性地将它们分别传给远处N个接受者的操作(1→N).方案中,量子旋转的发送者或接受者或监控者的正定算符值测量(POVM)起着关键作用,我们给出了它们的数学表式.值得注意的是,用非理想的量子信道可确定性地实现N→1或1→N的量子远程旋转.这些方案可用于量子秘密共享,量子选举等,它们具极强的保密性.     

基于原子模型的非局域连续模型

在传统的连续模型中,本构关系,例如胡克定律、热传导的傅立叶定律是宏观现象的表征.在原子尺度下,传统连续模型具有很大的局限性,其中一个原因就是传统连续模型忽略了原子间相互作用的非局域性.本文在不采用任何经验的本构假设和局部均匀变形假设(如Cauchy-Born假设)的情况下,严格基于原子模型,构造了一个连续模型,将原子间相互作用力的非局域性和非线性性自然地嵌入到模型中.此模型可以有效表现原子尺度的非均匀变形.     

基于量子行走的局域与离域化控制及实验方案

在现有的量子行走实验基础上,进一步提出了在二维量子行走物理装置中的局域化和离域化控制的方案。通过对一维和二维局域化与离域化控制的实验方案的理论分析,引入参数可调的普适投币算符,导出了一般化的量子行走的计算结果,依据理论结果提出了基于集成光波导和光纤装置的可控的安德森效应实验方案。数值仿真实验结果表明量子行走受到电控偏振器控制而出现局域化和离域化现象,验证了所提出设计方案的合理性。     

基于网络计数器的隐蔽信道

为了避免基于存储的网络隐蔽信道通过操纵报文头部实现信息的隐蔽传输的局限性,提出利用网络计数器作为存储体构建隐蔽信道,编码者和译码者之间不需要建立直接的网络连接,从而躲开防火墙和各种入侵检测系统的监管.把信道建模成有噪声的一般离散无记忆信道,并用C语言实现了离散信道容量的迭代算法计算信道容量,利用多个计数器并行传输多位信息等方法提高传输率,采用伪随机序列对发送信息进行扰码的技术增强信道的隐蔽性和抗噪性.通过实验分析几种参数和信道性能的关系,结果表明了隐蔽信道的可行性.