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随着信息技术和量子力学的发展,以量子力学的基本原理和规律为理论基础的量子信息学逐渐形成。量子通信是量子信息学的一个重要分支,主要包括量子隐形传态、量子稠密编码、量子秘钥分配等。其中,量子隐形传态是量子通信中最引人注目的方向之一,是实现量子远程通讯和量子计算的必要步骤,是量子力学奇妙特性(叠加性、相干性、纠缠性、不可克隆定理等)的一种新颖而有趣的应用。因此,深入研究量子隐形传态不仅对量子信息的发展具有重要的现实意义,而且可使人们对量子力学基本问题有更深入的理解。
本文提出了不同情况下的离散变量量子隐形传态的理论方案、并研究了量子隐形传态的腔量子电动力学(腔QED)系统和离子阱系统实现问题。主要内容如下:
1.多粒子任意态的量子隐形传送。利用n对两粒子最大纠缠态作为量子通道来实现n粒子任意量子态的量子隐形传送,当粒子数n趋于很大时,要找到发送者Alice的测量结果与接收者Bob要执行的操作之间的一一对应关系不是一件很容易的事情,本文提出了能确定这种对应关系的一种非常简单的方法,并进一步给出了用n对部分纠缠纯态实现n粒子任意态的最佳概率量子隐形传送。
2.用两粒子纠缠态作为量子通道实现多粒子量子态的隐形传送。本文提出只需要一个两体纠缠态作为量子通道和一些辅助的局域操作及经典通信就能实现多体类猫态的量子隐形传送,且所需的经典信息量也比其它方案要小。
3.基于腔量子电动力学(腔QED)的量子隐形传态方案。本文提出了一次性完全区分所有的正交完备的多原子Greenberger-Horne-Zeilinger态(简称GHZ态)的方案。同时进一步提出了多原子部分纠缠态的浓缩方案及两种实现多原子纠缠态的量子隐形传送方案。
4.单量子比特任意态的概率量子隐形传送的离子阱实现方案。本文研究了在不同离子阱中的两个囚禁离子间实现最佳概率量子隐形传态(即成功的概率是由充当量子通道的纠缠态中的较小Schmidt系数决定),为在实验上实现概率量子隐形传态提供了新途径。