【摘 要】
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最近几十年,量子力学得到了迅猛的发展,除了本身的物理学,已经在诸多学科如化学、材料学、信息科学等领域得到应用,并且获得了极大的发展。量子通信是其中较为被关注的领域。量子通信是利用量子力学的特殊性质来传递信息,是量子力学与信息学科的交叉学科。量子通信包含量子隐形传态、量子密钥分发、量子安全直接通信、量子密集编码等方向。在量子通信过程中,量子纠缠态是非常重要的资源。在纠缠分发的过程中由于设备或者外界环
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最近几十年,量子力学得到了迅猛的发展,除了本身的物理学,已经在诸多学科如化学、材料学、信息科学等领域得到应用,并且获得了极大的发展。量子通信是其中较为被关注的领域。量子通信是利用量子力学的特殊性质来传递信息,是量子力学与信息学科的交叉学科。量子通信包含量子隐形传态、量子密钥分发、量子安全直接通信、量子密集编码等方向。在量子通信过程中,量子纠缠态是非常重要的资源。在纠缠分发的过程中由于设备或者外界环境的原因使得传输过程中可能出现量子丢失、量子比特出错或者量子退相干,从而使得整个系统的运行出错。为了解决量子丢失和量子比特出错,学者们提出了逻辑编码的方法,即使在传输过程中少量的量子比特丢失或出错,也能从剩余的量子比特中提出可靠的信息。然而,逻辑纠缠态也可能由于环境噪声的存在而出现退相干,研究者们发现利用纠缠浓缩也可将退化的非最大纠缠的逻辑纠缠态还原为最大纠缠的逻辑纠缠态。级联Greenberger-Horne-Zeilinger(C-GHZ)态是一种新型的逻辑纠缠态。它是以GHZ态作为逻辑比特的逻辑GHZ态。C-GHZ态能够有效的解决光子丢失而带来的信息损失问题,在量子容错计算和分布式量子网络中得到广泛的应用。本文的主要工作就是研究使用逻辑纠缠态的纠缠浓缩问题,并提出了以GHZ态作为逻辑比特的逻辑W态的纠缠浓缩方案和以C-GHZ态作为逻辑比特的逻辑Bell态的纠缠浓缩方案。对于逻辑W态,我们提出了基于单光子辅助的纠缠浓缩方案。先以3逻辑比特的W态为例描述纠缠浓缩方案。我们将纠缠浓缩方案分为两个部分。每一部分都是通过一个单光子的辅助,用PPC(polarization parity check,PPC)门对逻辑W态进行纠缠分析。PPC门能够在非破坏性测量(Quantum Nondemolition Measurement,QND)的条件下实现宇称测量。接着,我么将方案推广到任意逻辑比特的逻辑W态。对于逻辑Bell态,我们提出了基于纠缠态辅助的纠缠浓缩方案。我们同样用PPC门实现逻辑Bell态的纠缠分析。然后以最简单的逻辑Bell态为例展示我们的纠缠浓缩方案,逐步的推广到任意形式的逻辑Bell态的纠缠浓缩。通过QND,逻辑W态和逻辑Bell态的纠缠浓缩即使失败,得到的非最大纠缠态也能够保留下来再一次进行纠缠浓缩,从而减少纠缠资源的消耗并提高纠缠浓缩的成功概率。基于以上优点,逻辑纠缠态的浓缩在长距离量子通信中有着重要的意义。
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