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量子态的关联特性不仅是量子信息处理的重要资源,也是量子理论的基本问题。在实际的量子体系中,量子态不可避免的与环境热库发生耦合导致消相干,造成关联特性的改变,从而影响其作为量子信息资源的效率。研究消相干对量子态关联特性的影响是量子信息理论中基础而核心的问题。本论文研究了不同形式的消相干对量子态的量子失协,以及量子态作为量子隐形传态信道态的能力等量子关联特性的影响。
本论文指出,纯粹的消相干过程可以在两个没有相互作用的量子体系之间建立量子失协,并给出消相干诱发量子失协的条件。当量子体系的初态为无关联的直积态时,我们证明,当且仅当作用在量子体系上的消相干过程不可约化为两个量子体系各自独立的消相干时,该消相干过程可以在某些直积态中产生非零的量子失协。另外,我们发现,当两个量子体系的初态中包含经典关联,在适当的条件下,独立作用在其中一个体系的消相干过程即可生成量子失协。我们的结果建立了量子关联和集体消相干的密切联系,并且具有重要的现实意义。
对于两比特量子隐形传态过程,论文指出,两个并列的贝尔态作为隐形传态的信道态比包含全局纠缠的不可分信道态具有更强的抗干扰能力。对于只有接收方Bob的那部分信道态受到消相干影响时,我们给出了量子隐形传态输出态的一般表达式,并指出噪声作用后的不可分信道态与平行的贝尔态是等价的。对于发送方Alice的信道粒子也经历退相干的情况,我们发现,即使在集体噪声的情况下,平行贝尔对的稳定性仍优于不可分信道态。随后,我们指出,局域的消相干可以优化整个纠缠信道态的性质。我们给出一类特殊的四体纠缠混态,当用于两比特隐形传态的信道态时,相应的平均保真度可以由作用在信道态上的局域集体振幅消相干增加;与此同时,输出态中的纠缠度也可更好的保持。
在连续变量量子体系中,最大纠缠态的制备需要无穷大能量,因此,基于连续变量高斯纠缠态的量子信息处理协议具有内禀的噪声。连续变量纠缠交换和纠缠级联,作为一种广义的量子隐形传态,其输出纠缠度必然小于纠缠源的纠缠度。我们证实,在理想情况下,对于任意非零压缩的纠缠源,高斯纠缠级联均可确定性的实现。我们给出高斯纠缠级联的上限,并给出一个确定性的协议来实现该上限。对于复合体系的高斯隐形传态,我们讨论了纠缠信道态中包含多模式全局纠缠度的情况,并发现,包含在信道态中的全局纠缠度可以更好的维持纠缠态的保真度。