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早在六十年代,费曼就提出过量子计算的设想。不过直到最近十多年,量子通信与量子计算的优越性逐渐被人们所认知,越来越多的人进入到这个领域,相关的理论文章不断涌现,逐渐发展成为最有活力的研究领域之一。量子通信与经典通信的最大区别是可以实现通信的绝对安全。经典通信很容易被窃听,所以要进行复杂的编码,但是也有被破译的风险;而量子通信利用量子态具有的纠缠特性,可以实现发送方与接收方的关联,窃听很容易被发现,可以重新传输,实现保密通信。量子通信一般用光子作为载体,从量子隐形传态到现在可以实现的远距离量子通信,已经获得了很大的发展。在不远的将来有可能实现商用,走进千家万户。量子计算相比经典计算其最大的优点就是计算的并行性,这是由量子力学的态叠加原理决定的,所以量子计算可以解决一些经典算法无法解决的问题。
在量子计算中,量子信息的短程传输非常重要,S.Bose提出的自旋链模型成为研究的重点。自旋链模型有一些优点:首先,因为量子计算基本上是在固态系统中进行的,所以用自旋链可以有很好的兼容性,如果使用光子,就会涉及到光子与固态系统的信息转化问题,而这是很难实现的;其次,自旋链模型不需要对中间的量子位进行操作,所以操控上比较简单。我们主要研究了在自旋链信道中任意两粒子纯态的传输,并且分析了环境自旋噪声,非同步测量和不完全初始化这三种常见噪声的影响。因为直接推广S.Bose的方案效果并不理想,我们改进传输方案,使用辅助链信道并用端点弱耦合链代替均匀链。结果显示改进的辅助链信道能在更远的距离达到更高的保真度并实现完美传输,而且我们发现环境自旋噪声对辅助链信道的传输成功率没有影响,只要对两条辅助链的测量时间间隔很短,非同步测量对成功率的影响非常小,并且给出了在不完全初始化条件下实现完美传输时成功率的一般表达式。
本文有以下五章:第一章详细介绍了量子计算的一些算法和实现量子计算的物理模型;第二章简要介绍了量子态传输的基本内容;第三章简要介绍了自旋链信道的一些传输协议;第四章详细介绍了我们对自旋链信道中任意两粒子纯态传输的研究;第五章是本文总结和对研究进展的一些展望。