本文關(guān)鍵詞：量子態(tài)隱形傳輸、輔助克隆及重構(gòu)的理論研究

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【摘要】：量子力學(xué)和信息學(xué)結(jié)合形成了量子信息和量子計(jì)算,且產(chǎn)生了很多重要應(yīng)用,例如：量子態(tài)隱形傳輸,量子態(tài)輔助克隆,量子態(tài)重構(gòu)等。量子態(tài)作為信息的載體在量子信息和量子計(jì)算的應(yīng)用中扮演著非常重要的角色。在量子力學(xué)中,量子態(tài)不是可觀(guān)測(cè)量,量子不可克隆定理禁止完美地復(fù)制一個(gè)任意未知的量子態(tài)。根據(jù)不確定原理,如果對(duì)一個(gè)粒子進(jìn)行測(cè)量,會(huì)在某種程度上對(duì)粒子的狀態(tài)造成破壞。因此,與量子態(tài)相關(guān)的處理問(wèn)題成為量子信息和量子計(jì)算中十分重要的問(wèn)題。本論文的主要研究工作圍繞量子態(tài)問(wèn)題展開(kāi),具體提出了幾個(gè)量子信息處理的方案,包括：1、基于一維四粒子量子比特簇型態(tài)量子信道提出了一個(gè)幾率性傳輸任意單粒子量子態(tài)方案。在該方案中,發(fā)送者和控制者都對(duì)自己手上的粒子對(duì)做一個(gè)貝爾態(tài)測(cè)量,并通過(guò)經(jīng)典信道公布他們的測(cè)量結(jié)果。在發(fā)送者和控制者幫助下,通過(guò)引入一個(gè)輔助粒子且做合適的幺正操作和正定算子估值測(cè)量(POVM),接收者就能幾率性重建原始的量子態(tài)。此外,在方案中還計(jì)算了傳輸量子態(tài)整體成功概率和經(jīng)典信息消耗值。2、提出了基于輔助的量子克隆方案,該方案可以克隆任意未知的兩量子比特態(tài)和它的正交完備態(tài)。在這個(gè)方案中,用一個(gè)真正的四量子比特糾纏態(tài)(不能分解為兩個(gè)貝爾態(tài)的直積態(tài))作為量子信道,此外,用正定算子估值測(cè)量取代一般的投影測(cè)量。在輔助克隆的過(guò)程中,需要一般的量子態(tài)隱形傳輸過(guò)程,并在量子態(tài)制備者的幫助下,能以一定概率實(shí)現(xiàn)完整地克隆一個(gè)未知兩粒子量子態(tài)和它的正交完備態(tài)。3、設(shè)計(jì)了一個(gè)未知兩粒子混合量子態(tài)重構(gòu)方案。在該方案中,使用未知量子態(tài)的無(wú)歧區(qū)分的方法去重構(gòu)未知量子態(tài)。引入一個(gè)輔助粒子來(lái)區(qū)分兩粒子的四個(gè)非正交量子態(tài),通過(guò)對(duì)雙粒子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)實(shí)施一個(gè)聯(lián)合幺正操作,再對(duì)輔助粒子做馮諾伊曼測(cè)量可實(shí)現(xiàn)非正交量子態(tài)的區(qū)分。最后利用無(wú)偏基去測(cè)量原始的系統(tǒng),這樣就可以重構(gòu)兩粒子的混合量子態(tài)。在該方案中,重構(gòu)過(guò)程整體需要的測(cè)量次數(shù)少于標(biāo)準(zhǔn)的量子態(tài)重構(gòu)過(guò)程,可以節(jié)約資源。另外,非正交量子態(tài)的區(qū)分和無(wú)偏基測(cè)量在實(shí)驗(yàn)上均已實(shí)現(xiàn),所以該方案也可利用當(dāng)前的技術(shù)在實(shí)驗(yàn)上得以實(shí)現(xiàn)。4、在線(xiàn)性光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠區(qū)分非正交量子態(tài)從而實(shí)現(xiàn)量子態(tài)重構(gòu)的物理方案。在這個(gè)方案中,可利用線(xiàn)性光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)非正交量子態(tài)的區(qū)分過(guò)程。利用光分束器實(shí)現(xiàn)輔助光子和原始的量子態(tài)光子之間的耦合,再對(duì)輔助粒子在標(biāo)準(zhǔn)基下進(jìn)行馮諾依曼測(cè)量,則非正交的量子態(tài)能以一定的概率成功地區(qū)分。最后,對(duì)輔助粒子和原始的輸入粒子在無(wú)偏基下進(jìn)行測(cè)量,就能成功重構(gòu)原始量子態(tài)的矩陣元。另外,還計(jì)算了非正交量子態(tài)區(qū)分的成功概率。
【關(guān)鍵詞】：可控的量子態(tài)隱形傳輸 量子態(tài)輔助克隆 量子態(tài)重構(gòu) 無(wú)歧義量子態(tài)區(qū)分 無(wú)偏基
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O413
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-31
• 1.1 量子態(tài)隱形傳輸簡(jiǎn)介9-15
• 1.2 量子態(tài)輔助克隆簡(jiǎn)介15-19
• 1.3 非正交量子態(tài)區(qū)分簡(jiǎn)介19-23
• 1.4 無(wú)偏基簡(jiǎn)介23-24
• 1.5 量子態(tài)重構(gòu)簡(jiǎn)介24-31
• 第二章 概率可控的任意單粒子量子態(tài)隱形傳輸方案31-38
• 2.1 概率可控的任意單粒子量子態(tài)隱形傳輸方案31-36
• 2.2 討論和結(jié)論36-38
• 第三章 任意未知兩粒子量子態(tài)輔助克隆方案38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 輔助克隆任意未知兩粒子糾纏態(tài)和它的正交完備態(tài)38-46
• 3.3 討論和結(jié)論46-50
• 第四章 量子態(tài)重構(gòu)方案50-63
• 4.1 單粒子量子態(tài)重構(gòu)的線(xiàn)性光學(xué)物理方案50-55
• 4.2 兩粒子量子態(tài)重構(gòu)方案55-63
• 4.2.1 最優(yōu)化量子態(tài)重構(gòu)方案55-59
• 4.2.2 非最優(yōu)化量子態(tài)重構(gòu)方案59-63
• 第五章 總結(jié)和展望63-65
• 圖形和表格65-68
• 參考文獻(xiàn)68-83
• 致謝83-84
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文8

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