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量子信息学是信息科学与量子力学相结合而形成的一门新兴交叉学科,它主要建立在量子相干性基础上,利用微观粒子作为载体,凭借量子力学特有的一些性质来完成经典信息学无法实现的信息处理功能。量子信息学包括量子计算,量子通信等,其中量子通信是量子信息领域趋于实用化的研究方向,具有保密性强、容量大、传输距离远等优点。量子信道是量子通信的重要组成部分,如何利用量子信道有效的实现量子信息的远距离、大容量的传输成为当今各界研究的热点问题。
本文主要集中于研究多个高斯信道形成的量子信息网络中的信息传输、信息容量和网络中的消相干问题。首先基于量子信息基本方程,用量子信息密度代替量子态在量子信道中传输,通过研究高斯信道的各种性质来探索量子信息网络的动力学特性。从量子Fokker-Plank方程出发,在量子信息网络中构造出一种可行的量子高斯信道。经过一系列的复杂运算得到量子动力学互信息容量公式,从而将经典动力学互信息理论推广到量子范畴。同经典信息论相比,量子动力学互信息具有一些新的特征,通过对这些新特征的讨论,得出信道中时间和信道长度与信息量减损的关系,并提出在高斯信道中实现量子态并行传播的方案,这种方案较容易操作和实现,对于研究量子通信具有一定的实用价值和重要的科学意义。
量子信息网络建立在量子相干性的基础上,因此其物理实现最大障碍就是消相干问题。我们利用某些合理的近似,在与指数相关的环境中构建部分对角化的量子退消相干子空间,该子空间中的量子态都是由子动力学动理方程来描述的投影态,在这些子空间中能够用于实现没有消相干的理想量子逻辑运算。研究量子退消相干对量子信息和量子计算都是是非常重要的。