多個系統(tǒng)中的量子信息處理.pdf

1、隨著量子力學的不斷發(fā)展，一個新型研究領域——量子信息學在21世紀應運而生。量子信息學是基于量子力學的疊加性、非局域性、糾纏性和不可克隆性等特性，將量子力學應用于信息科學的產(chǎn)物。量子信息技術(shù)包括很多方面，其中研究的較多的就是量子通信，現(xiàn)在量子計算機也激起了人們的熱情。從現(xiàn)在看來，量子信息有著不可預料的科學和學術(shù)價值以及潛在的商業(yè)價值。
　　 作為量子信息學的一個分支，量子通信研究的主要內(nèi)容包括：不發(fā)送任何粒子而實現(xiàn)遠程傳送未知量子

2、態(tài)的量子隱形傳態(tài)；通過傳送一個量子位而傳輸兩比特信息的量子密集編碼；將信息分給不同的合作者進行秘密傳送信息的量子信息分裂和對未知量子態(tài)進行近似或概率拷貝的量子克隆等。對這些內(nèi)容的研究主要基于的物理系統(tǒng)有：一、光學系統(tǒng)，二、光學腔量子電動力學(腔QED)系統(tǒng)，三、離子阱系統(tǒng)，四、核磁共振(NMR)系統(tǒng)，五、基于Josephson結(jié)的超導體系統(tǒng)、六、量子點系統(tǒng)。它們的區(qū)別在于信息存儲單元的不同。其中腔QED系統(tǒng)的研究經(jīng)歷的時間最長，理論發(fā)展

3、也最全面；線性光學系統(tǒng)是實驗與理論結(jié)合最緊密的一種實驗可行系統(tǒng)。它們都引起了廣大研究者的興趣。本文主要提出了量子密集編碼和量子克隆在腔QED和光學系統(tǒng)中的實現(xiàn)過程，取得了如下結(jié)果：
　　 1．在光學系統(tǒng)中實現(xiàn)四粒子cluster態(tài)的量子密集編碼
　　 我們提出一種用簡單的線性光學器件對四粒子cluster態(tài)進行一個粒子和兩個粒子的密集編碼的方案。在這個方案中，光子是中性粒子，因此和其他粒子相比，它與環(huán)境有較長的消相干時間

4、。在實驗中利用線性光學元件很容易實現(xiàn)單比特門操作，所以可以輕松實現(xiàn)對光子的編碼操作。而且用非破壞性的對等探測器、PBS和FS-PBS可以將cluster態(tài)完全分辨。也就是，密集編碼的成功的可能性等于1。
　　 2．在光學系統(tǒng)中實現(xiàn)最優(yōu)對稱性普適和相位協(xié)變量子克隆
　　 在同一線性光學系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)各器件的參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)對稱1→2普適克隆、1→2相位協(xié)變量子克隆或1→3經(jīng)濟相位協(xié)變量子克隆。將激光束衰減為單光子作為輸入源

5、，用線性光學器件在一個偏振比特和兩個路徑比特之間進行克隆。在現(xiàn)有的實驗條件和技術(shù)下，方案是可行的。
　　 3．在腔QED系統(tǒng)中實現(xiàn)最優(yōu)非對稱1→3經(jīng)濟相位協(xié)變遠程量子克隆
　　 我們提出一種在腔QED系統(tǒng)中實現(xiàn)最優(yōu)非對稱1→3經(jīng)濟相位協(xié)變遠程量子克隆的方案，我們的方案不需要輔助粒子。在原子與腔的作用過程中，可以忽略腔場態(tài)和腔衰減對方案的影響。在整個克隆的過程中，腔場只是處于虛激發(fā)狀態(tài),因而大大延長了有效的消相干時間。因此