基于量子纠缠的若干远程量子态制备方案的设计

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量子力学与信息科学相结合产生了量子信息技术,有了它,很多利用经典信息不能解决的问题都能够完成。将量子态作为信息单元从而有效传送信息即为量子通讯。量子通讯是量子信息学中研究较早的领域,是量子信息学的一个非常重要的分支。它涵盖了量子隐形传态、远程量子态制备、量子克隆等方案。在量子信息学领域,作为量子力学与经典物理最大的不同,量子纠缠发挥着极为重要的作用,在量子信息的处理过程中扮演了一个不可或缺的角色。量子纠缠是一种十分奇特和不可思议的物理现象:当多个量子子系统同时存在从而组合成一个复合型系统时,由于各子系统之间的量子纠缠的作用,测量任意一个子系统,测量得到的结果将随着其他的子系统地测量参数变化而变化。在量子信息的处理过程中,量子纠缠是一种最常见也是最不可或缺的信息“资源”,它广泛应用在远程量子态制备、量子密集编码、量子隐形传态等等方面。目前为止,人们已经比较清楚地了解到两体系或者两个量子比特的纠缠特性,并提出了大量的制备量子纠缠或与之相关的成果。但是,对多体系或者多粒子情形,尤其是多能极粒子情形,量子纠缠的特性任然处在探索中。在本论文中,我们正是基于了量子纠缠态的特殊性质,设计了一类量子通讯方案—远程量子态制备方案。考虑不同的量子信道或者待制备量子态的不同形式,我们成功设计了一些简单实用的远程量子态制备的处理方案,主要有:1.利用两个W类量子态作为量子信道以及利用一个合适的POVM测量来代替正常的投影测量,我们提出了几率性远程制备一个任意的两比特的量子态的方案。随之我们将该方案推广到五类特殊的量子态情形。方案中的成功几率和需要消耗的经典资源在不同的情形下都得以详细计算。结果显示,只要待制备的量子态出自上述特殊的情形,在消耗了一些额外的经典比特后,这一远程两比特的量子态制备方案可以更高的成功几率加以实现。2.基于一个四量子比特的cluster纠缠态和一个EPR纠缠态,我们提出了一个高效的远程制备一个任意的三比特的量子态的方案。利用一组合适的八比特的相互正交的测量基态,在一般的情形下,这个远程制备三比特量子态的方案可以被实现,且成功的几率是八分之一。然而,为了实现我们提高本方案的成功几率这一目标,我们经过详细的调查给出了一些特殊的三比特量子态。在这些特殊的情形下,大家能看到本远程态制备方案的总成功几率可以分别被提高到四分之一和二分之一,甚至该远程态制备方案可以一个百分之百的方式被实现。最后,在论文尾部我们亦对全文的内容给出了总结性观点,并对我们下一步的研究内容做出预想。
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