量子克隆在腔QED中的实现

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本论文首先介绍量子信息理论中量子不可克隆定理。量子不可克隆定理是由量子力学基本限定——希尔伯特空间的线性——而得到的,它指出:不可能准确地复制任意未知量子态。同时简述一些量子克隆变换(比如:普适量子克隆机、1到2的相位协变克隆机等)和量子远程克隆。然后介绍腔QED系统的物理装置和我们常用的系统模型的演化,并给出它的一个应用的例子:两量子比特 swap门实现方案。最后给出在实验上实现量子克隆和远程量子克隆的一些理论方案。本论文包含如下一些研究成果。  1):给出一个新的量子克隆变换。  对称性经济型2维空间的1→M相位协变量子克隆是输入态振幅已知而相位未知的赤道量子态克隆,即相位协变量子克隆,并且量子克隆时不需要辅助粒子,所以称为经济的,并且它的幺正变换是对称性的。我们基于已有的克隆变换提出新的一个变换,依靠这两个变换可以使这一量子克隆的远程克隆概率达到百分之百。  2):基于腔QED系统的swap门的实现方案。  我们基于腔 QED技术提出实现两比特量子逻辑 swap门的理论方案。利用这样一个量子逻辑门我们可以实现 SWAP门还可以得到 C-NOT门。利用swap门和单量子比特门我们可以实现任意量子计算。通过腔和原子在大失谐相互作用的腔-QED技术来实现 swap门可以有效地防止消相干现象的发生。  3):基于腔QED系统的量子克隆的实现方案。  实现在2维空间的对称性实数态1到3的经济型最佳量子克隆方案。这种类型的最佳量子克隆机,是输入态相位已知而振幅未知的赤道量子态克隆,即实数态相位协变量子克隆,并且量子克隆时不需要辅助粒子。它的幺正变换是对称型的。由于实数态量子克隆机是输入态相位已知而振幅未知的量子态克隆,在实现上具有一定的复杂性,因而将这种实现方案推广到更一般的实数态量子克隆(比如1→M)变换有很大的困难。  4):基于腔QED系统的远程量子克隆实现方案。  基于量子克隆我们提出实现2维空间的对称性经济型1→M相位协变远程量子克隆方案。本方案是对相位协变量子克隆所提出的量子克隆机基于腔QED推广到远程量子克隆而提出的方案。由于它的幺正变换是非对称性的,远程量子克隆有别于建立在对称性的幺正变换基础上的现阶段远程量子克隆。并且,在方案中需要原子的Bell基测量,目前基于腔QED对原子Bell基的准确测量已实现。因此,本方案有望在实验上实现。
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