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多个系统中的量子信息处理

作　者: 宋庆敏
导　师: 叶柳
学　校: 安徽大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 量子密集编码量子克隆腔QED 线性光学
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着量子力学的不断发展,一个新型研究领域——量子信息学在21世纪应运而生。量子信息学是基于量子力学的叠加性、非局域性、纠缠性和不可克隆性等特性,将量子力学应用于信息科学的产物。量子信息技术包括很多方面,其中研究的较多的就是量子通信,现在量子计算机也激起了人们的热情。从现在看来,量子信息有着不可预料的科学和学术价值以及潜在的商业价值。作为量子信息学的一个分支,量子通信研究的主要内容包括：不发送任何粒子而实现远程传送未知量子态的量子隐形传态；通过传送一个量子位而传输两比特信息的量子密集编码；将信息分给不同的合作者进行秘密传送信息的量子信息分裂和对未知量子态进行近似或概率拷贝的量子克隆等。对这些内容的研究主要基于的物理系统有：一、光学系统,二、光学腔量子电动力学(腔QED)系统,三、离子阱系统,四、核磁共振(NMR)系统,五、基于Josephson结的超导体系统、六、量子点系统。它们的区别在于信息存储单元的不同。其中腔QED系统的研究经历的时间最长,理论发展也最全面；线性光学系统是实验与理论结合最紧密的一种实验可行系统。它们都引起了广大研究者的兴趣。本文主要提出了量子密集编码和量子克隆在腔QED和光学系统中的实现过程,取得了如下结果：1.在光学系统中实现四粒子cluster态的量子密集编码我们提出一种用简单的线性光学器件对四粒子cluster态进行一个粒子和两个粒子的密集编码的方案。在这个方案中,光子是中性粒子,因此和其他粒子相比,它与环境有较长的消相干时间。在实验中利用线性光学元件很容易实现单比特门操作,所以可以轻松实现对光子的编码操作。而且用非破坏性的对等探测器、PBS和FS-PBS可以将cluster态完全分辨。也就是,密集编码的成功的可能性等于1。2.在光学系统中实现最优对称性普适和相位协变量子克隆在同一线性光学系统中,通过调节各器件的参数,实现最优对称1→2普适克隆、1→2相位协变量子克隆或1→3经济相位协变量子克隆。将激光束衰减为单光子作为输入源,用线性光学器件在一个偏振比特和两个路径比特之间进行克隆。在现有的实验条件和技术下,方案是可行的。3.在腔QED系统中实现最优非对称1→3经济相位协变远程量子克隆我们提出一种在腔QED系统中实现最优非对称1→3经济相位协变远程量子克隆的方案,我们的方案不需要辅助粒子。在原子与腔的作用过程中,可以忽略腔场态和腔衰减对方案的影响。在整个克隆的过程中,腔场只是处于虚激发状态,因而大大延长了有效的消相干时间。因此,在现有的一系列腔QED技术下,我们的方案在实验上是可行的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
第一章引言  8-11
第二章量子信息中的几个基本问题  11-20
  §2.1 量子隐形传态  11-13
  §2.2 量子密集编码  13-14
  §2.3 量子克隆  14-20
第三章线性光学系统中的量子信息处理  20-37
  §3.1 线性光学元件简介  20-22
  §3.2 在光学系统中实现CLUSTER态的可控密集编码  22-30
  §3.3 最优对称普适和相位协变量子克隆的光学实现  30-36
  §3.4 本章小结  36-37
第四章腔QED系统实现远程克隆  37-46
  §4.1 腔QED系统简介  37-39
  §4.2 在腔QED中实现经济型相位协变远程量子克隆  39-45
  §4.3 本章小结  45-46
第五章总结  46-47
参考文献  47-55
致谢  55-56
攻读硕士学位期间的研究成果  56

多个系统中的量子信息处理

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