糾纏態(tài)的制備及其在量子通信中應用的理論研究.pdf

1、量子信息學是二十世紀八十年代興起的一門融合了量子力學和信息科學的新興學科.近20年來，人們對量子信息學的研究，不論是理論上還是實驗上都取得了長足的發(fā)展.作為量子信息學的核心部分，量子糾纏不僅是量子力學區(qū)別于經典力學的重要特征之一，也是量子信息理論的重要組成部分.作為量子理論最顯著的特征之一，量子糾纏被當作一種有效的資源廣泛地應用于量子信息領域.糾纏在量子信息處理中已經產生了許多有趣的應用，如量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子態(tài)遠程制備、量

2、子安全直接通信、量子秘密共享等等.所以，研究量子糾纏及其在量子信息中的應用，不僅對深刻理解量子力學的特性有著重要的學術意義，而且對開發(fā)和利用新型的信息處理方法等有著重要的實用價值.因此，本文主要在理論上研究了糾纏態(tài)的制備及其在量子通信中的應用(主要包括量子隱形傳態(tài)、量子態(tài)遠程制備、量子秘密共享和量子安全直接通信)。全文共分為七章，其中第三章到第七章是本人的工作，整篇論文內容的具體安排為： 第一章簡要回顧了量子信息理論的提出和發(fā)展

3、過程，簡述了量子糾纏態(tài)的提出和定義，并在最后給出了本博士論文的主要研究內容和章節(jié)安排， 第二章主要介紹了量子信息的基本理論.首先介紹了EPR佯謬和Bell不等式，幾類常見的糾纏態(tài)，量子糾纏態(tài)的度量，量子不可克隆定理以及幾種主要的糾纏操作；然后介紹了幾個典型的量子信息處理任務說明量子糾纏作為一個重要的物理資源在量子信息理論中的應用。 第三章主要討論了利用線性光學元件制備多光子GHZ糾纏態(tài).在這個方案中需要用到簡單的線性光學

4、元件，N對兩光子極化糾纏態(tài)和常規(guī)光子探測器.因為實現本方案只需要在探測端口確認是否有光子，而不需要計數光子的數量，所以這就在一定程度上提高了實驗上實現的可行性。 第四章主要討論了量子糾纏態(tài)在量子隱形傳送方面的應用.兩個量子隱形傳送方案被提出：第一個方案是利用一個非最大糾纏EPR對作為量子通道來傳送N粒子非最大糾纏GHZ態(tài).在這個方案中考慮了量子通道中存在振幅噪音的情況，這個方案可以被推廣到傳送任意能級N粒子非最大糾纏GHZ態(tài)的情

5、況；第二個方案中考慮了利用一維四粒子非最大糾纏Cluster態(tài)作為量子通道傳送一個任意未知的兩比特糾纏態(tài)的情況。 第五章主要討論了量子糾纏態(tài)在量子態(tài)遠程制備中的應用.這一章中，不僅一對一的量子態(tài)遠程制備的情況被考慮，而且多方聯(lián)合遠程制備量子糾纏態(tài)的情況也被考慮。 第六章主要討論了量子糾纏態(tài)在量子秘密共享方面的應用.本章指出，不僅可以用非最大糾纏態(tài)作為量子通道實現多方量子秘密共享量子信息，而且利用線性光學的方法也可以實現量