糾纏態(tài)的制備及其在量子通信中應(yīng)用的理論研究.pdf

1、量子信息學(xué)是二十世紀(jì)八十年代興起的一門融合了量子力學(xué)和信息科學(xué)的新興學(xué)科.近20年來(lái)，人們對(duì)量子信息學(xué)的研究，不論是理論上還是實(shí)驗(yàn)上都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展.作為量子信息學(xué)的核心部分，量子糾纏不僅是量子力學(xué)區(qū)別于經(jīng)典力學(xué)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(dāng)作一種有效的資源廣泛地應(yīng)用于量子信息領(lǐng)域.糾纏在量子信息處理中已經(jīng)產(chǎn)生了許多有趣的應(yīng)用，如量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子態(tài)遠(yuǎn)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(yīng)用，不僅對(duì)深刻理解量子力學(xué)的特性有著重要的學(xué)術(shù)意義，而且對(duì)開(kāi)發(fā)和利用新型的信息處理方法等有著重要的實(shí)用價(jià)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(yīng)用(主要包括量子隱形傳態(tài)、量子態(tài)遠(yuǎn)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(nèi)容的具體安排為： 第一章簡(jiǎn)要回顧了量子信息理論的提出和發(fā)展

3、過(guò)程，簡(jiǎn)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?jī)?nèi)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(jiàn)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(gè)典型的量子信息處理任務(wù)說(shuō)明量子糾纏作為一個(gè)重要的物理資源在量子信息理論中的應(yīng)用。 第三章主要討論了利用線性光學(xué)元件制備多光子GHZ糾纏態(tài).在這個(gè)方案中需要用到簡(jiǎn)單的線性光學(xué)

4、元件，N對(duì)兩光子極化糾纏態(tài)和常規(guī)光子探測(cè)器.因?yàn)閷?shí)現(xiàn)本方案只需要在探測(cè)端口確認(rèn)是否有光子，而不需要計(jì)數(shù)光子的數(shù)量，所以這就在一定程度上提高了實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)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(yīng)用.兩個(gè)量子隱形傳送方案被提出：第一個(gè)方案是利用一個(gè)非最大糾纏EPR對(duì)作為量子通道來(lái)傳送N粒子非最大糾纏GHZ態(tài).在這個(gè)方案中考慮了量子通道中存在振幅噪音的情況，這個(gè)方案可以被推廣到傳送任意能級(jí)N粒子非最大糾纏GHZ態(tài)的情

5、況；第二個(gè)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(gè)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(yuǎn)程制備中的應(yīng)用.這一章中，不僅一對(duì)一的量子態(tài)遠(yuǎn)程制備的情況被考慮，而且多方聯(lián)合遠(yuǎn)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(yīng)用.本章指出，不僅可以用非最大糾纏態(tài)作為量子通道實(shí)現(xiàn)多方量子秘密共享量子信息，而且利用線性光學(xué)的方法也可以實(shí)現(xiàn)量