高斯量子discord的远程传输

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量子信息是量子力学和计算机科学、信息科学结合的一门新学科,是目前科学界研究的前沿学科之一。它主要研究怎样利用量子力学基本原理和量子态的特性来完成信息的处理。量子纠缠是进行量子信息处理的一个重要的量子资源。利用量子纠缠,人们可以完成一系列在经典物理世界中无法完成的任务,例如:利用量子纠缠,通信双方可以对经典信息进行高信道容量的传输,即量子密集编码(Quantum dense coding);利用量子纠缠,可以完成未知量子态的远程传输,即量子离物传态(量子隐形传输,Quantum teleportation);利用量子纠缠,甚至可以使原本不纠缠的量子系统在没有直接相互作用的情况下产生纠缠,即量子纠缠交换(Quantum entanglement swapping)。  作为量子信息和量子计算的宝贵资源,量子关联在过去的十多年里也得到了广泛地关注。最近的研究结果表明与量子纠缠相比,量子discord能够更普遍的描述非经典的量子关联。利用量子关联,不需要量子纠缠,也可以完成一些量子信息的任务,例如:单量子比特的量子计算,量子密钥分发等。我们的研究主要集中在利用量子关联完成可行的量子信息处理任务。例如:弱于量子纠缠的量子关联可否进行远程传输,使得没有直接相互作用的两个态关联起来呢?答案是肯定的,这也就是本文研究的重点。  本文提出一个使用一个高斯量子discord态或者 Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠态光场作为辅助态,实现高斯量子discord远程传输的方案。计算表明,在远程传输之后,两个没有直接相互作用的独立的光学模式之间出现了量子关联。特别是,当选取经典通道的最佳增益和最佳辅助态时,输出态的量子关联会高于输入态的量子关联。我们发现出现这一结果的物理原因在于:非对称高斯量子discord态的量子关联可以高于对称量子discord态的量子关联。  论文的结构如下:第一章简要回顾了量子信息的发展和量子关联的研究背景。第二章介绍了量子纠缠和量子关联的相关理论,分别介绍了什么是量子纠缠和量子关联,给出了量子关联的分类和判据,介绍了量子discord的实验研究进展。第三章介绍了高斯量子discord远程传输的方案。讨论了在量子discord态和EPR纠缠态做辅助态时,输出量子discord对量子discording噪声、压缩参量、增益因子等参数的依赖关系。研究发现:在某些条件下,非对称的高斯量子discord态的量子discord能够比对称的高斯量子discord态的量子discord更高。第四章讨论了利用高斯量子discord完成量子密集编码的可行性。介绍了量子密集编码的发展及相关实验,阐述了连续变量密集编码的的特点及信道容量,计算了高斯量子discord作为量子资源的密集编码方案的信道容量,结果表明其信道容量与相干态编码的信道容量相同。第五章进行了总结和展望,分析了量子discord的发展现状及前景,讨论了它的潜在应用,揭示了它发展面临的各种问题。
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