多個(gè)系統(tǒng)中的量子信息處理.pdf

1、隨著量子力學(xué)的不斷發(fā)展，一個(gè)新型研究領(lǐng)域——量子信息學(xué)在21世紀(jì)應(yīng)運(yùn)而生。量子信息學(xué)是基于量子力學(xué)的疊加性、非局域性、糾纏性和不可克隆性等特性，將量子力學(xué)應(yīng)用于信息科學(xué)的產(chǎn)物。量子信息技術(shù)包括很多方面，其中研究的較多的就是量子通信，現(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)也激起了人們的熱情。從現(xiàn)在看來，量子信息有著不可預(yù)料的科學(xué)和學(xué)術(shù)價(jià)值以及潛在的商業(yè)價(jià)值。
　　 作為量子信息學(xué)的一個(gè)分支，量子通信研究的主要內(nèi)容包括：不發(fā)送任何粒子而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳送未知量子

2、態(tài)的量子隱形傳態(tài)；通過傳送一個(gè)量子位而傳輸兩比特信息的量子密集編碼；將信息分給不同的合作者進(jìn)行秘密傳送信息的量子信息分裂和對(duì)未知量子態(tài)進(jìn)行近似或概率拷貝的量子克隆等。對(duì)這些內(nèi)容的研究主要基于的物理系統(tǒng)有：一、光學(xué)系統(tǒng)，二、光學(xué)腔量子電動(dòng)力學(xué)(腔QED)系統(tǒng)，三、離子阱系統(tǒng)，四、核磁共振(NMR)系統(tǒng)，五、基于Josephson結(jié)的超導(dǎo)體系統(tǒng)、六、量子點(diǎn)系統(tǒng)。它們的區(qū)別在于信息存儲(chǔ)單元的不同。其中腔QED系統(tǒng)的研究經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)，理論發(fā)展

3、也最全面；線性光學(xué)系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合最緊密的一種實(shí)驗(yàn)可行系統(tǒng)。它們都引起了廣大研究者的興趣。本文主要提出了量子密集編碼和量子克隆在腔QED和光學(xué)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)過程，取得了如下結(jié)果：
　　 1．在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)四粒子cluster態(tài)的量子密集編碼
　　 我們提出一種用簡(jiǎn)單的線性光學(xué)器件對(duì)四粒子cluster態(tài)進(jìn)行一個(gè)粒子和兩個(gè)粒子的密集編碼的方案。在這個(gè)方案中，光子是中性粒子，因此和其他粒子相比，它與環(huán)境有較長(zhǎng)的消相干時(shí)間

4、。在實(shí)驗(yàn)中利用線性光學(xué)元件很容易實(shí)現(xiàn)單比特門操作，所以可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的編碼操作。而且用非破壞性的對(duì)等探測(cè)器、PBS和FS-PBS可以將cluster態(tài)完全分辨。也就是，密集編碼的成功的可能性等于1。
　　 2．在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)對(duì)稱性普適和相位協(xié)變量子克隆
　　 在同一線性光學(xué)系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)各器件的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)對(duì)稱1→2普適克隆、1→2相位協(xié)變量子克隆或1→3經(jīng)濟(jì)相位協(xié)變量子克隆。將激光束衰減為單光子作為輸入源

5、，用線性光學(xué)器件在一個(gè)偏振比特和兩個(gè)路徑比特之間進(jìn)行克隆。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)下，方案是可行的。
　　 3．在腔QED系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)非對(duì)稱1→3經(jīng)濟(jì)相位協(xié)變遠(yuǎn)程量子克隆
　　 我們提出一種在腔QED系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)非對(duì)稱1→3經(jīng)濟(jì)相位協(xié)變遠(yuǎn)程量子克隆的方案，我們的方案不需要輔助粒子。在原子與腔的作用過程中，可以忽略腔場(chǎng)態(tài)和腔衰減對(duì)方案的影響。在整個(gè)克隆的過程中，腔場(chǎng)只是處于虛激發(fā)狀態(tài),因而大大延長(zhǎng)了有效的消相干時(shí)間。因此