本文關(guān)鍵詞：量子測(cè)量在量子信息保護(hù)過(guò)程中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：20世紀(jì)八十年代以來(lái),作為一門(mén)新興的交叉學(xué)科,量子信息處理受到了廣泛關(guān)注。應(yīng)用量子力學(xué),人們希望實(shí)現(xiàn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子計(jì)算機(jī)以及原則上有絕對(duì)安全保障的量子保密通信。量子相干性和量子糾纏在量子信息處理中扮演著重要角色,很多新奇的量子現(xiàn)象,都是由量子相干性和量子糾纏引起的。但是,它們卻十分脆弱,極易被環(huán)境噪音所破壞。因此,研究如何保護(hù)量子相干性和量子糾纏具有十分重要的意義。人們提出了很多抵制環(huán)境噪聲的方案,其中包括免退相干子空間理論、量子糾錯(cuò)編碼、量子動(dòng)態(tài)解耦技術(shù)等�；诹孔訙y(cè)量的理論,本文主要提出以下兩種抵抗退相干的方案。第一,本文提出了算符量子芝諾效應(yīng)以及基于該理論的退相干抵制方案。量子芝諾效應(yīng)認(rèn)為,足夠高頻率地測(cè)量可以?xún)鼋Y(jié)量子系統(tǒng)的演化�；谶@種理論,一些科學(xué)家提出了量子態(tài)和量子糾纏的保護(hù)方案。但是,由于受限制于僅能考慮能夠相互對(duì)易的測(cè)量,這些方案常常需要多比特的聯(lián)合操作。我們研究了不對(duì)易物理量的測(cè)量,發(fā)現(xiàn),在這種情況下,即使系統(tǒng)的量子態(tài)在不斷變化,一些物理量的平均值是不變的,我們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為“算符量子芝諾效應(yīng)”。基于這種新理論我們提出了抵制量子噪聲的方案,并給出了具體的三比特編碼抵制局域量子噪聲的方案。第二,我們研究了在非零溫環(huán)境下,如何利用量子弱測(cè)量來(lái)保護(hù)量子態(tài)和量子糾纏。在各種抵制量子退相干的策略中,量子動(dòng)態(tài)解耦受到了廣泛的關(guān)注。然而,當(dāng)噪聲相互作用的關(guān)聯(lián)時(shí)間很短時(shí),由于缺少對(duì)信息的記憶,該方法就會(huì)失去效果。在這樣的情形下,人們發(fā)現(xiàn)基于弱測(cè)量的量子測(cè)量恢復(fù)方案具有較好的表現(xiàn)。然而現(xiàn)有的結(jié)果研究的都是在零溫條件下,對(duì)量子噪聲的抵制。我們研究了如何用量子弱測(cè)量方法來(lái)抵抗非零溫下的環(huán)境噪聲并以解析的形式給出了最優(yōu)的測(cè)量參數(shù)。此外,我們還研究了比特翻轉(zhuǎn)噪聲、相位翻轉(zhuǎn)噪聲、退極化噪聲情況下,利用弱測(cè)量辦法來(lái)抵制退相干的最優(yōu)方案。
【關(guān)鍵詞】：量子糾纏 退相干 量子測(cè)量 量子芝諾效應(yīng) 弱測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O413.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-12
• 1.1 研究背景和研究成果9-10
• 1.2 論文主要內(nèi)容10-12
• 第2章 量子信息概論12-29
• 2.1 量子態(tài)和量子態(tài)演化12-14
• 2.1.1 基于狀態(tài)矢量的表述12-13
• 2.1.2 基于密度算子的表述13-14
• 2.2 量子比特14-18
• 2.2.1 量子雙態(tài)體系14-15
• 2.2.2 量子比特態(tài)的布洛赫球表示15-16
• 2.2.3 量子門(mén)16-18
• 2.3 量子糾纏18-25
• 2.3.1 量子糾纏的定義18-19
• 2.3.2 量子糾纏的判定19-20
• 2.3.3 量子糾纏的度量20-21
• 2.3.4 局域操作下量子糾纏的演化21-22
• 2.3.5 噪聲通道下量子糾纏的演化22-23
• 2.3.6 用局域量子操作提高體系的糾纏度23-25
• 2.4 退相干機(jī)制25-27
• 2.4.1 超算符的Kraus表示25-26
• 2.4.2 主方程方法26
• 2.4.3 退相干過(guò)程26-27
• 2.4.4 幾種抵制退相干的方法27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 第3章 量子測(cè)量理論29-41
• 3.1 量子測(cè)量公設(shè)29
• 3.2 投影測(cè)量29-31
• 3.3 POVM31-37
• 3.3.1 廣義測(cè)量： POVM31-32
• 3.3.2 量子態(tài)分辨32-34
• 3.3.3 連續(xù)量子態(tài)分辨34-37
• 3.4 量子弱測(cè)量37-39
• 3.4.1 量子弱值（ weak value ）測(cè)量37-39
• 3.4.2 部分塌縮測(cè)量39
• 3.5 本章小節(jié)39-41
• 第4章 基于量子芝諾效應(yīng)的噪聲抵制方案：算符量子芝諾效應(yīng)41-65
• 4.1 量子芝諾效應(yīng)41-48
• 4.1.1 量子芝諾效應(yīng)41-42
• 4.1.2 量子芝諾空間42-45
• 4.1.3 量子芝諾效應(yīng)在量子操控中的應(yīng)用45-48
• 4.2 算符量子芝諾效應(yīng)48-58
• 4.2.1 引言48
• 4.2.2 算符量子芝諾效應(yīng)48-51
• 4.2.3 算符量子芝諾效應(yīng)中量子態(tài)的時(shí)間演化51
• 4.2.4 芝諾量子存儲(chǔ)51-52
• 4.2.5 兩比特測(cè)量52-53
• 4.2.6 一個(gè)例子： 三比特編碼方案53-55
• 4.2.7 泡利錯(cuò)誤55
• 4.2.8 退相干時(shí)間55-58
• 4.2.9 對(duì)多比特噪聲的抵制58
• 4.2.10 兩比特噪聲相互作用58
• 4.3 選擇測(cè)量下的算符量子芝諾效應(yīng)58-62
• 4.4 用隨機(jī)相位翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)量子算符芝諾效應(yīng)62-63
• 4.5 總結(jié)和展望63-65
• 第5章 基于弱測(cè)量方法的量子態(tài)和量子糾纏保護(hù)方案65-95
• 5.1 背景簡(jiǎn)介65-66
• 5.2 用弱測(cè)量方案抵制零溫噪聲66-70
• 5.3 非零溫環(huán)境下的基于弱測(cè)量的量子態(tài)保護(hù)方案70-80
• 5.3.1 對(duì)單比特量子態(tài)的保護(hù)71-74
• 5.3.2 對(duì)雙比特量子糾纏的保護(hù)74-80
• 5.4 非零溫下WMR方案的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)80-83
• 5.4.1 Jamiolkowski同構(gòu)80-81
• 5.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置81-83
• 5.5 WMR方法在其他噪聲通道中的應(yīng)用83-92
• 5.5.1 一般性理論83-86
• 5.5.2 WMR方案在幾種噪聲通道中的應(yīng)用86-90
• 5.5.3 復(fù)合噪聲通道下量子糾纏的保護(hù)90-92
• 5.6 用通道前和通道后的單比特操作保護(hù)糾纏92-94
• 5.6.1 通道后的單比特操作93
• 5.6.2 通道前的單比特操作93-94
• 5.7 本章小結(jié)94-95
• 第6章 總結(jié)和展望95-97
• 參考文獻(xiàn)97-106
• 致謝106-108
• 附錄108-111
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果111

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