自旋鏈中的量子信息傳輸.pdf

1、量子信息和量子計算是一門由量子理論和現(xiàn)代信息論相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，目前，已成為當今的一大研究熱點。經(jīng)過幾十年的努力，人們已在這個領(lǐng)域取得了許多舉世矚目的成就，例如量子并行算法、量子保密通信、量子糾纏和量子隱形傳態(tài)等。由于量子力學(xué)的相干性和量子態(tài)的不可精確復(fù)制性，量子信息和量子計算有著經(jīng)典信息論無法超越的優(yōu)越性。因此，人們堅信量子信息和量子計算的建立會把人類社會帶進一個新的時代。量子信息和量子計算理論的研究的一個重要目的就是實現(xiàn)量

2、子計算機。由于利用量子并行算法，量子計算機有這經(jīng)典計算機無法超越的計算和信息處理能力。但是與經(jīng)典計算機類似的是為了完成復(fù)雜的計算和信息處理任務(wù)，量子計算機內(nèi)部的不同元件之間需要進行信息交流，如處理器需要在存儲器中存儲和讀取信息。因此研究和開發(fā)易行和高效的短程量子信道對量子計算機的發(fā)展具有重大意義。 就目前來講，我們認為自旋鏈信道是最有前途的短程信道模型。因為量子計算機最有可能在固態(tài)物質(zhì)中實現(xiàn)，而自旋鏈也是一種固態(tài)系統(tǒng)，所以利用自

3、旋鏈作為量子計算機內(nèi)部的短程信道可以避免許多難題，比如發(fā)生在不同介質(zhì)之間的界面問題等。另外，自旋鏈信道是在整個體系的自由演化過程中傳遞量子態(tài)的，不需要外界控制，因此這種信道模型不僅容易在實驗上實現(xiàn)，而且可以最大限度的避免環(huán)境的影響。我們的工作就是關(guān)于改進雙自旋鏈信道協(xié)議的傳輸效率和該協(xié)議的抗噪聲干擾能力。首先，我們從實際情況出發(fā)對由Daniel Burgarth提出的雙鏈信道協(xié)議作了一些改進，研究結(jié)果顯示改進后的協(xié)議大大提高了雙鏈信道協(xié)

4、議的傳輸效率。然后，考察了幾種非常普遍的量子噪聲，耦合參數(shù)波動噪聲和由非完全初始化引起的隨機噪聲和集體噪聲，對兩種雙鏈信道協(xié)議的影響并作了對比，結(jié)果顯示這幾類噪聲對雙鏈信道協(xié)議并不是致命性的，而且改進后的協(xié)議對這幾種噪聲具有更強的抵抗能力。我們的改進協(xié)議同時也降低了實驗實現(xiàn)雙鏈信道模型的難度。 全文共分為四章：第一章系統(tǒng)的介紹了量子信息傳輸?shù)难芯窟M展和相關(guān)的代表性傳輸方案和協(xié)議；第二章介紹了在量子信息領(lǐng)域常用的自旋鏈物理模型和信