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量子纠缠是量子信息的核心资源。量子纠缠动力学与量子系统鲁棒性研究不仅有利于人们更好地利用量子信息技术,也有利于量子力学本身的发展,是当前量子信息领域的研究热点之一。
本文主要研究量子纠缠在量子系统动力学与鲁棒性中的作用,取得了一些有意义的成果:
一、对于退极化噪声信道,发现两比特系统纯态的纠缠与鲁棒性具有一一对应关系,拥有相同纠缠的三比特系统所有纯态中只含有三体纠缠的GHZ-like态鲁棒性最强,也就是说,三体共享的纠缠具有更好的抗噪声品质;为了进一步研究不同纠缠在鲁棒性中的作用,我们研究了具有相同两体纠缠但拥有不同三体纠缠的三比特GHZ与W叠加态,发现其鲁棒性具有明显的剩余效应,它的两体纠缠决定鲁棒性的趋势,同时鲁棒性存在周期性的劈裂效应,且这样劈裂效应与三体纠缠具有相同的周期性和单调性,即这种剩余效应本质上是由三体纠缠引起的。
二、发现在三比特量子系统捷线演化中两体纠缠并不是必需的,而三体纠缠是必不可少的;虽然时间平均的三体纠缠和两体纠缠的概率密度分布函数都随着初态与末态分离角的减小而趋近均匀,但它们的最可几值表现出完全相反的趋势,即三体纠缠表现出前倾,而两体纠缠表现出后倾。这一结果更进一步细化了捷线演化需要的纠缠类型,使前人有关量子捷线演化需要纠缠的结论更加具体化、本质化。
三、提出了一个高效稳定的基于光脉冲差分位相的量子密钥分发方案,将同类方案的效率从3/4提高到7/8,具有更高的效率和安全性。