多体纯态纠缠及其在量子通信中的应用
薛定谔于1935年第一次提出了“纠缠”的概念，并称其为量子力学的精髓。利用多体纯态纠缠可以实现许多经典通信无法完成的任务，例如:量子隐形传态，量子安全直接通信，量子远程态制备，量子秘钥共享等。在量子信息和量子计算中，量子纠缠是最重要的物理资源，在纠缠被提出的80多年里，人们一直在不断的研究它，并且取得了巨大的成果，例如Bell不等式，CHSH不等式。但是我们仍不清楚纠缠的本质和它的数学结构。对于一个给定的量子态，如何确定它是否纠缠？更进一步，如何测量量子态的纠缠程度？此外，如何利用纠缠性质来更好的实现量子信息处理任务？许多问题需要进一步的研究。 以量子纠缠为物理资源的量子通信则取得了较大的成就。例如最开始提出的量子隐形传态。量子隐形传态是以微观粒子的状态作为信息载体，利用量子纠缠效应实现信息的传输。量子隐形传态的基本思想是将未知粒子态所代表的信息分为经典信息和量子信息两部分，信息发送者通过对于手中的量子态进行某种测量，并读取测量结果。在测量的同时，会导致系统的塌缩。通过经典信道将测量结果告诉信息的接受者，接受者通过读取测量结果，对手中的粒子态做相应的幺正操作来实现发送方传输的量子态。整个通信过程中，被传送的是仅仅是量子态，而不是微观粒子态本身。而代表未知量子态的微观粒子一直在信息的发送者手中，并在测量过程中塌缩。接收者是将其他的微观粒子态“转移”到原始的未知量子态。量子隐形传态是在量子计算和量子通信中发挥着重要作用，因此成为主要的研究领域之一。 与量子隐形传态相区别的是量子远程态制备。量子远程态制备用在某些量子隐形传态无法实现的地方，也具有较大应用价值。相比于远程态制备，信息的发送者完全知道发送的信息，即系数和相位信息，发送者根据已知信息的系数和相位来构造正交完备基对系统进行测量，从而达到发送信息的目的，但是随着粒子数的增加，构造正交完备基的难度直线型上升，于此同时整个通信过程的成功率也在直线型下降，只有在某些特殊情况下才能达到50％，在及其特殊的情况下，可以达到100％。我们利用系数和相位相分离的方式来构造正交完备基，使得对于任意的粒子态来说，通信的成功率可以达到1。
量子通信;多体纯态纠缠;隐形传态;微观粒子
西安邮电学院;西安邮电大学
硕士
物理电子学
查新未
2016
中文
TN911
76
2017-04-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）