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.     

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.     

量子纠缠及其在量子通信中的应用

给出了量子纠缠态的概念,分析了量子隐形传态的原理,给出了粒子隐形传态的试验方案。     

基于双向量子隐形传态上的双向量子安全直接通信

提出了一种利用EPR对和纠缠交换的双向量子隐形传态;在这个协议中,双方可同时发送一个未知的单一量子比特给对方,而且在实际操作中比以前的提出的协议更加简单;利用提出的双向量子隐形传态,建立了一种新的双向量子安全直接通信协议,协议在通信过程中不需要传递携带秘密信息的量子比特,大大提高了量子通信的安全信.     

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．     

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。     

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.     

量子交换机与结合量子通信与经典通信的新模式

在引入量子交换机概念的基础上,提出了经典通信向量子通信过渡时期的一种新的通信模式.利用纠缠交换通过量子交换机来建立量子信道,使得通信方避免了复杂的量子技术.使用经典通信信道来传输无直接关联的信息随机数序列,保证了通信的大容量和高效性.     

三能级粒子的量子受控隐形传输

提出了一种隐形传输三能级粒子的方案,方案中以三能级的二粒子纠缠态为量子通道,并且有第三方控制通道,即量子信息只有在三方都同意的情况下才能实现传输.     

任意两粒子态的概率隐形传输

利用部分纠缠的两粒子纠缠态及部分纠缠的三粒子W态作为量子信道,提出了对任意的两粒子态的概率隐形传态方案,其最大传输概率为2/3.     

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.     

经典密码通信与量子密码通信的现状及发展趋势

对现有3种经典保密通信体系,即对称密钥体系、非对称密钥体系、Vernam密钥体系的现状和发展趋势进行了分析,指出了经典保密通信的局限性,重点阐述了绝对安全的量子密码通信的现状和发展趋势.     

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。     

EPR粒子对与量子隐形传态

量子隐形传态,由发送者Alice将准备传送的信息分离成一部分纯粹经典的信息和另外一部分纯粹非经典的信息,通过2条不同的信道传送给接收者Bob。首先传送非经典部分,这需要借助于EPR粒子对,考虑由2个自旋皆为12的费密子构成,其中一个分配给Alice,另一个分配给Bob。Alice选择对她一方的原始粒子和她的EPR粒子一并进行冯.罗曼类型的测量,这个在贝尔算符的4个本征态中的测量,导致系统的波函数的波包坍缩为相互关联的4个贝尔基矢。Bob通过对他的EPR粒子的状态进行适当的幺正变换,能够重新构造出在Alice一方被＂毁灭＂了的原始粒子的状态。此外,这个贝尔测量产生2个比特的经典信息,传送给Bob,从而完成一个量子隐形传态。文章中研究了EPR粒子对与量子隐形传态的内在联系。     

一种通信双方之间的密钥分配方案

利用EPR对直接传输来实现量子密钥分配方案．其中,Alice和Bob在建立密钥过程中,由Bell基测量和R（θ）操作来检测传输的安全性．除检测部分外,剩余的部分全部用来建立密钥,效率较高．通过研究证明此方案是安全的。     

两个独立量子信道中一对量子纠缠态的隐形传送

从量子纠缠及量子态隐形传送的基本原理出发,简单介绍在一个量子信道中单粒子量子态的隐形传送,进而详细讨论在两个独立量子信道中一对量子纠缠态的隐形传送,寻找其中的规律,为以后热纠缠信道中隐形传送的研究提供理论基础。