自旋鏈中的量子信息傳輸.pdf

1、量子信息和量子計(jì)算是一門(mén)由量子理論和現(xiàn)代信息論相結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)新興學(xué)科，目前，已成為當(dāng)今的一大研究熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，人們已在這個(gè)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(jì)算有著經(jīng)典信息論無(wú)法超越的優(yōu)越性。因此，人們堅(jiān)信量子信息和量子計(jì)算的建立會(huì)把人類(lèi)社會(huì)帶進(jìn)一個(gè)新的時(shí)代。量子信息和量子計(jì)算理論的研究的一個(gè)重要目的就是實(shí)現(xiàn)量

2、子計(jì)算機(jī)。由于利用量子并行算法，量子計(jì)算機(jī)有這經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法超越的計(jì)算和信息處理能力。但是與經(jīng)典計(jì)算機(jī)類(lèi)似的是為了完成復(fù)雜的計(jì)算和信息處理任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)內(nèi)部的不同元件之間需要進(jìn)行信息交流，如處理器需要在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)和讀取信息。因此研究和開(kāi)發(fā)易行和高效的短程量子信道對(duì)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展具有重大意義。 就目前來(lái)講，我們認(rèn)為自旋鏈信道是最有前途的短程信道模型。因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)最有可能在固態(tài)物質(zhì)中實(shí)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(jì)算機(jī)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(wèn)題等。另外，自旋鏈信道是在整個(gè)體系的自由演化過(guò)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(shí)驗(yàn)上實(shí)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(jìn)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(shí)際情況出發(fā)對(duì)由Daniel Burgarth提出的雙鏈信道協(xié)議作了一些改進(jìn)，研究結(jié)果顯示改進(jìn)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(dòng)噪聲和由非完全初始化引起的隨機(jī)噪聲和集體噪聲，對(duì)兩種雙鏈信道協(xié)議的影響并作了對(duì)比，結(jié)果顯示這幾類(lèi)噪聲對(duì)雙鏈信道協(xié)議并不是致命性的，而且改進(jìn)后的協(xié)議對(duì)這幾種噪聲具有更強(qiáng)的抵抗能力。我們的改進(jìn)協(xié)議同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)實(shí)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(jìn)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