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量子信息学是以微观体系的量子态作为信息载体,运用量子力学基本原理进行信息编码、通信及计算处理的一门新兴交叉学科。近年来量子信息学在理论上和实验上均取得了重大突破。量子操作共享是近年来量子信息学研究领域内新发展起来的一个小的分支。本文研究工作属于此分支,具体研究如何以若干量子纠缠态为量子通道来实现单量子比特操作共享。主要内容如下: (1)我们将[J.Phys.B44(2011)165508]中利用两个Bell态和一个GHZ态分别作为量子通道的两种方案进行了推广。较之原有方案,我们推广后的方案可多实现另外六组单量子比特操作的共享,即总共可实现八组单量子比特操作共享。我们从量子-经典资源消耗、操作复杂度、实现概率以及方案效率等四个方面对这两个推广方案进行了比较,发现使用一个GHZ态作为量子通道的方案要比使用两个Bell态的更为优越。 (2)我们全面深入研究了利用不同纠缠结构下的五量子比特Cluster态作为量子通道如何实现三方量子操作共享的问题。我们发现该量子态在两类纠缠结构情形下可用于完美实现量子操作三方共享。为探究能实现完美共享的本质原因,我们对这两类纠缠结构进行了分析解构,发现该态在这两类纠缠结构下都可以通过局域幺正操作转化为成一个Bell态和一个GHZ态(或一个可控的Bell态,前者可用于实现完美的量子态传输,后者则可以用于实现量子态共享)。 (3)我们首次提出了一个利用一个六量子比特Cluster态作为量子通道实现四方量子操作共享的方案。我们进一步揭示该方案能决定性实现四方量子操作共享的根本原因,即该六量子比特Cluster态在特定纠缠结构下可以通过一系列的局域幺正操作转变成一个由Bell态和GHZ组成的直积态,该直积态可以完成四体量子操作共享任务。此外,通过讨论分析,我们论证了该方案的安全性与实验可行性。