量子通信方案的線性光學實現(xiàn).pdf

1、量子信息是二十世紀末誕生的一門新興的交叉學科，它將量子力學與計算機、信息等科學結合起來，致力于構建新型的更加有效的計算機以及更加快捷方便的通訊體系，它的出現(xiàn)為人們在物理、信息科學的發(fā)展領域展現(xiàn)了一幅美妙的前景。量子信息包括量子密碼學、量子計算和量子通信等。量子密碼學為人們提供了一套基于物理定律的安全的密碼體系。目前，量子密碼在光纖系統(tǒng)中已趨于實用化。量子計算則致力于研究基于量子態(tài)操作演化的量子計算機，以完成更復雜的問題或者更快捷更有效的

2、完成一定的問題。目前，在光學系統(tǒng)，離子阱，腔QED，核磁共振，量子點以及超導系統(tǒng)等都有一定的進展。量子通信一般是在通信雙方中間構建量子信道，并交于量子信道傳輸信息。量子隱形傳態(tài)和量子密集編碼是極具代表性的兩個量子通信方案，首先在線性光學體系中得到實現(xiàn)。 量子通信是繼量子密碼之后趨于實用化的另一個量子信息研究內容。目前的主要難題是如何選擇合適的物理體系實現(xiàn)穩(wěn)定、快速、可靠的遠距離通信。另外，與經典通信理論類似，量子通信的理論基礎也

3、有待進一步的改善。在本文中，將著重研究兩個量子通信方案的線性光學實現(xiàn)。另外，就量子通信的基礎理論——信道容量理論也有一定的研究。 1、線性光學器件實現(xiàn)概率密集編碼方案量子密集編碼向人們展現(xiàn)了量子通信的優(yōu)越性，通過事先共享一對Bell態(tài)，通信雙方可以在僅傳送一個量子比特的前提下，進行兩比特經典信息的交流。而如果事先共享的糾纏純態(tài)處于非最大糾纏態(tài)，那么只能以一定的概率實現(xiàn)兩比特經典信息的交流。我們在原有理論的基礎上，先使用線性光學器

4、件實現(xiàn)了兩個非正交態(tài)的確切識別，再通過參量下轉換制備光子糾纏及后驗選擇的符合測量，給出了概率密集編碼的實現(xiàn)方案。經過論證，我們的方案在目前的實驗技術條件下是可行的。 2、線性光學實現(xiàn)量子振幅消相干信道中的比特純化量子比特在傳輸過程中，不可避免的與周圍環(huán)境耦合，因而不可避免的引入噪聲。量子比特純化是一種通過一定的量子操作來提純被環(huán)境破壞的量子比特的技術。我們在原有理論的基礎上，給出了實現(xiàn)量子振幅消相干信道中的比特純化的線性光學方案

5、。在我們的方案中，包括了量子振幅消相干信道的模擬，兩比特最優(yōu)純化的操作的實現(xiàn)，以及對任意輸入量子比特和任意個數(shù)量子比特純化的討論。同樣，我們驗證了這一方案在實驗上是可行的，并且有可能在實際的通信過程中有所應用。 3、量子信息傳輸中的超可加性量子信息傳輸過程中，如果接收方采用聯(lián)合測量來提取信息，那么n+m個信道同時傳輸碼長為n+m的量子比特，其所能提取的信息量將有可能超過分別使用n、m個信道所能傳輸?shù)男畔⒘恐?，這就是所謂的超可加