量子信息操控与量子纠缠保护
随着现代科学的不断发展，传统的通信技术暴露出越来越多的安全隐患，因而现代通信技术亟需一场新的变革，在这种现实情况的要求下，人们逐渐提出了量子通信技术。量子不可复制原理决定了量子通信是绝对安全的，然而为了进一步挑战量子通信的安全性，量子克隆的概念又被人们提了出来，尽管我们克隆的量子态并不能百分百的与原量子态相同，但是量子克隆技术依然是对量子通信技术安全性的一种强有力的挑战。量子克隆的过程实际上也是量子信息操控的过程，因此研究它对于推动量子通信技术的发展，提高量子通信的安全性等方面均有着重要的意义。 同时，作为量子信息理论中的一个最重要的概念之一，量子纠缠是很多重要的量子信息处理任务（如量子计算、量子通信等）中所需的主要资源。也正因为如此，如何保持量子系统的相干性并使量子系统始终保持一个相对较大的纠缠度就成为我们在量子信息处理任务中面临的一个新的难题。由于日常环境巾，消相干作用是无处不在的，所以当量子系统与环境相互作用以后，量子系统的部分纠缠将不可避免的耗散到环境中。所以为了克服量子消相干，抑制噪声环境对量子纠缠的影响，人们设计提出了许多不同种类的方案来保护量子纠缠。弱测量，作为近年来提出的一种全新的测量方式，从理论的提出发展到在物理实现上成功实现，已经被应用于物理学的方方面面之中。而弱测量的作用之一正是它可以对量子纠缠态进行保护。然而目前的关于弱测量对量子纠缠保护的相关研究均是在惯性系下进行的，而现实的世界总会存在旋转和加速度，因此把它看成一个惯性系是不够严谨的。所以对于量子纠缠保护问题的有关问题有必要推广到非惯性系下进行研究。本论文对量子信息的操控以及非惯性系和黑洞背景下的量子纠缠保护等几个方面的问题进行了研究，主要完成了以下几个方面的工作。 (1)我们设计了一个基于量子网络系统实现多功能量子克隆机的实验方案。首先我们简单介绍了量子网络的物理模型，并推导了它的有效哈密顿量。随后我们详细的写出了我们方案的实现步骤。最后介绍了如何利用这个多功能量子克隆机实现不同种类的量子克隆，并计算了每种克隆对应的保真度。 (2)我们探究了非惯性系中狄拉克场下的振幅阻尼噪声通道以及相应的保护方案。首先我们简单介绍了非惯性系下狄拉克场的量子化问题。然后我们分四种情况探究了弱测量和反转测量在非惯性系中的有效性，通过对弱测量前后系统纠缠度的计算以及相关函数图的比较，我们发现下面几个结论。(Ⅰ)在绝大多数情况下，单独进行弱测量和弱测量结合反转测量均可以在非惯性系下对系统的纠缠起到保护作用，而单独进行反转测量则不能起到保护的作用。(Ⅱ)在绝大多数情况下，随着弱测量强度的提升，保护的效果越明显，相应的成功概率越低(Ⅲ)在某些特殊情况下，结论与Ⅲ相反。即弱测量强度提高并不能提升系统的纠缠度，这是由于弱测量本身的特性决定的。(Ⅳ)在实际的操作中，不能单纯的以提高弱测量强度来提升方案的保护效果，而需要根据粒子的加速度，系统的消相干系数等参数综合考虑才能选出最佳的弱测量强度，从而使我们的方案达到最佳的效果。 (3)我们研究了在Schwarzschild背景下，霍金辐射对量子纠缠的影响以及如何利用弱测量抑制这种影响。首先我们简单介绍了Schwarzschild黑洞的背景知识，计算了霍金辐射对系统纠缠度的影响。我们发现在Schwarzschild时空中，随着霍金温度的升高，系统的纠缠在不断的降低但不会死亡，最终趋于一个定值。随后，为了抑制霍金辐射对纠缠的破坏，我们提出了利用弱测量来抑制霍金辐射的方案。通过计算与图形的比较，我们得出了以下结论。(Ⅰ)弱测量可以有效的抑制霍金辐射造成的观测者获得的纠缠减少的影响。方案的成功概率与弱测量强度，反转测量强度，霍金温度均相关。(Ⅱ)弱测量强度和反转测量强度满足某一特定条件的时，可以完全消除霍金的影响。(Ⅲ)对于初始纠缠度相同的两个不同的量子态（φ=α|00>+β|11>和φ=β|00>+α|11>），我们的方案带来的抑制效果却不同，这是由于弱测量的不对等性造成的。
量子信息操控;量子克隆;量子纠缠保护;弱测量;霍金辐射
安徽大学
硕士
光学
叶柳
2015
中文
O431.2;O413.3
63
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）