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几何量子计算和量子信息传输问题的研究

量子计算和量子信息是量子力学,计算机科学和信息科学的交叉学科。近二十年来,它一直是物理学和信息科学领域中人们集中关注的焦点。一方面,量子逻辑门的实现和控制因其在量子计算中的重要性而备受人们所重视。如何实现量子计算,方案并不少,问题是在实验上实现对微观量子态的控制和操纵确是太困难了。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。现在还很难说哪一种方案更有前景,不过量子点方案和超导约瑟夫森结方案比较适合集成化和小型化,本文正是考虑到这一点,才试探性地提出了几何量子计算方案。另一方面,量子隐态传输的神奇性质、量子信源可接收信息(accessible information)在量子信息通信方面具有非常重要作用并为量子密钥分发的安全性证明提供了强有力的工具和手段,因此,加强这方面的研究对量子信息的发展具有重要的现实意义和实用价值。实际上,我们在本文中就上述两方面的问题作了一些探  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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量子通信方案的线性光学实现

量子信息是二十世纪末诞生的一门新兴的交叉学科,它将量子力学与计算机、信息等科学结合起来,致力于构建新型的更加有效的计算机以及更加快捷方便的通讯体系,它的出现为人们在物理、信息科学的发展领域展现了一幅美妙的前景。量子信息包括量子密码学、量子计算和量子通信等。量子密码学为人们提供了一套基于物理定律的安全的密码体系。目前,量子密码在光纤系统中已趋于实用化。量子计算则致力于研究基于量子态操作演化的量子计算机,以完成更复杂的问题或者更快捷更有效的完成一定的问题。目前,在光学系统,离子阱,腔QED,核磁共振,量子点以及超导系统等都有一定的进展。量子通信一般是在通信双方中间构建量子信道,并交于量子信道传输信息。量子隐形传态和量子密集编码是极具代表性的两个量子通信方案,首先在线性光学体系中得到实现。量子通信是继量子密码之后趋于实用化的另一个量子信息研究内容。目前的主要难题是如何选择合适的物理体系实现稳定、快速、可靠的远距离通信。另外,与经典通信...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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量子退相干和量子纠缠动力学的若干研究

量子理论和现代信息科学的结合产生了一门新的学科:量子信息和量子计算。这一新的学科受到了国内外理论和实验物理学家们的广泛关注,并取得了丰硕的研究成果。量子信息和量子计算理论研究的一个重要目的就是实现量子计算机。由于利用量子并行算法,量子计算机具有经典计算机无法超越的计算和信息处理能力。从本质上讲,量子并行算法是利用量子态的相干性而设计的算法。然而,量子信息处理过程不可避免地受到量子退相干的影响,从而使得量子相干性遭到破坏、甚至消失。因此量子退相干是实现量子计算的一个重要困难,如何克服它则成了量子信息理论研究的一个重要方面。克服量子退相干的一个重要手段就是寻找量子免退相干的子空间。在这些子空间中,量子态的相干性不会被破坏,进而可以设计无噪声的量子编码。量子纠缠作为量子信息和量子计算的重要资源,吸引了众多物理学家的巨大兴趣。针对量子纠缠的研究十分广泛,从最基本的定义到量子纠缠的应用以及量子信息处理方案的实验实现等等。量子纠缠动力学是量...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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自旋链系统的量子子信息理论研究

量子力学的发现和信息理论的产生无疑是二十世纪极其重要的两个事件,这两者结合的产物是量子信息科学,量子信息科学呈现出与经典信息科学截然不同的崭新面貌,在很多方面表现出明显的优势。比如,利用量子态的相干叠加性,人们提出了量子并行算法,用以解决诸如大数因式分解等经典计算无法解决的问题。又如,量子不可克隆定理使得量子信息不能像经典信息那样可以被任意复制,这使得人们能够建立起绝对安全的量子密码系统。再如,量子纠缠可以起到连接不同空间点的量子信道的作用,从而实现量子隐形传态。量子信息科学为信息论打开了新的大门,有着许多经典信息论无法比拟的优势,如信息安全,运行速度快,信息容量大等。总之,量子信息科学的诞生,为未来的信息科学和技术注入了新的活力。现在,量子理论被广泛地应用在物理学的各个分支以及其它学科中,这也促进了信息科学和技术的快速发展。近年来,物理学家加入到这个研究行列,他们一方面提出许多令人耳目一新的概念、原理和方法:另外一方面,他们在...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京师范大学
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量子机密共享与高维混合纠缠态非定域性

量子信息是量子力学与信息科学的交叉学科,它把量子力学的原理应用到信息传输与计算处理中来,利用量子力学的基本原理来确保通信的安全性或提供计算能力。量子通信与量子计算是量子信息的两大重要分支。近年来,量子通信无论是在理论上还是在实验上都取得了重大的突破,引起了国内外的学者的广泛关注。在对量子力学做一番简单的回顾之后,本文首先简要介绍了基本的量子通信知识,然后主要讨论作者在博士阶段研究工作所涉及了量子通信的几个方面:量子离物传态,量子机密共享,量子非定域和量子纠缠转移。在量子离物传态方面,我们提出了两个新的模型。第一个模型是一个基于纯纠缠态的量子离物传态模型。它利用两粒子纯纠缠态作为量子信道,来完成任意类GHZ态的离物传态,与其它的模型相比,它具有需要传送的粒子数少的优点。第二个模型提出了一个最优化的基于非最大纠缠态的可控的任意d维量子离物传态模型,给出了成功概率与纠缠度的关系,且给出了一个最优化的幺正演化规则,即无论待传输的粒子个数...  (本文共110页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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量子信息远程传输的理论研究

量子信息学是以量子力学为基础的信息理论,是信息理论和量子理论的交叉学科,它为信息科学的发展提供了崭新的原理、方法和途径。量子信息远程传输是量子信息领域研究的主要课题,是实现量子远程通讯和量子计算的必要步骤,在基础理论和实际应用两方面均具有重大意义。在量子信息传输过程,纠缠态是必不可少的物理资源,如何根据需要制备相应的纠缠态是量子信息学的一个重要课题。量子通讯过程要伴随着一定量经典信息传输,如何在保证信息安全的同时,尽可能减少物理资源的消耗,也是量子信息理论所关注的一个问题。基于以上想法,本文着重对纠缠态的制备、量子隐形传态和量子远程态制备两种量子信息远程传输方式进行研究,主要研究成果如下:(1)提出在腔QED中实现n-体对称W态及两种非对称类-W态制备方案。这两种非对称类-W态纠缠方式不同,但他们有共同的纠缠特性,利用这种纠缠特性,实现确定的单向受控量子隐形传态。(2)借助于腔QED,提出几种未知量子信息远程传输——量子隐形传态...  (本文共131页) 本文目录 | 阅读全文>>