腔QED中基于W態(tài)的量子信息處理的研究.pdf

1、量子信息學是量子力學和信息科學相結合而產(chǎn)生的一門新興交叉學科。由于利用量子力學規(guī)律去處理信息，量子信息學有著許多經(jīng)典信息學所無法比擬的優(yōu)勢，由此吸引了廣泛的研究熱情。量子信息通常包括量子通信和量子計算兩部分。量子隱形傳態(tài)和量子秘密共享是量子通信中的重要研究內(nèi)容，這兩種過程的實現(xiàn)對量子通信走向實用化具有根本性的意義。目前，人們提出多種物理硬件方案以實現(xiàn)量子信息過程，其中腔量子電動力學(Quantum Electronic Dynamics

2、，QED)是研究的比較早，發(fā)展的比較快，并且被認為是最有前途的方案之一。 腔QED的核心就是將俘獲的原子約束在高品質腔中，把量子信息存儲在原子能態(tài)上，由于腔內(nèi)原子與腔模的耦合，導致了原子間的相互作用，并且原子-光子系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間的消相干(decoherence)作用可以在很大程度上被抑制。 量子糾纏為量子通信提供信道，糾纏態(tài)的選擇影響到通信的成功率和穩(wěn)定性。作為量子信道而言，多粒子糾纏比兩粒子糾纏具有更多的自由度。W

3、態(tài)和GHZ態(tài)是三粒子糾纏的兩種基本類型。三量子比特的W態(tài)在任何一個粒子脫糾纏后仍能保持兩粒子的糾纏態(tài)，具有很強的魯棒性，這個性質是GHZ態(tài)不具備的。因此，在利用多粒子糾纏態(tài)來實現(xiàn)量子信息過程時，采用W態(tài)比采用GHZ態(tài)具有更多的優(yōu)勢。 本文中，我們首先介紹了關于量子信息的基本概念和量子信息過程所依賴的基本資源，正是這些特有的資源，使得量子信息和經(jīng)典信息相比具有不可比擬的優(yōu)勢。接著，介紹了量子信息的物理實現(xiàn)系統(tǒng)，詳細說明了腔QED的

4、實現(xiàn)方法，包括其基本理論和發(fā)展現(xiàn)狀。然后，詳細研究了量子隱形傳態(tài)的原理，并在考察三粒子的w糾纏態(tài)基礎上，提出了在腔QED系統(tǒng)中以W態(tài)為量子信道，以實現(xiàn)成功率為1的量子隱形傳態(tài)的方案。在此基礎上，還提出了量子秘密共享的腔QED實現(xiàn)方案。因為我們采用一個W型態(tài)取代一個GHZ態(tài)作為量子信道，所以我們的方案對退相干有更強的魯棒性。與GHZ態(tài)相比，n粒子W態(tài)的制備不需要輔助原子且需要的腔更少，因此我們的方案比使用GHZ態(tài)的方案更容易實現(xiàn)。并且，我