多体纠缠在量子信息中的应用

来源 :中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所) | 被引量 : 2次 | 上传用户:mbcz123
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作为量子理论最显著的特征之一,量子纠缠被当作一种有效的资源广泛地应用于量子信息领域。二体纠缠在量子信息处理中已经产生了许多有趣的没有经典对应的应用,如量子隐形传态、量子密集编码、基于纠缠态的量子密码术等。高维或多体量子纠缠态具有更为特殊的纠缠结构和性质,应用在量子信息处理过程中将会产生很多特殊的现象。在量子信息论中,有很大一部分内容是对多体量子纠缠进行定性和定量的研究。本论文重点研究了一些经典通信和局域操作辅助下多体纠缠对处理量子信息的作用。主要内容包括:1.系统研究了多输出的可程序化量子处理器问题。可程序化量子处理器,像经典处理器一样,由一组门序列和数据寄存器以及程序寄存器组成。可程序化量子处理器根据程序寄存器中存储的指令对数据寄存器中的量子态作指定的操作。基于多体量子纠缠态,我们设计了一个量子处理器,对一个指令和一个数据可以产生多份输出,从而避免量子处理器的重复操作。当然由于量子力学基本原理的制约,我们的量子处理器也有许多限制,我们对这些限制作了具体的分析。2.研究了利用多体量子纠缠进行远程态制备的问题。对一个未知量子态的经典描述需要很多的经典比特信息。当利用一对共享的最大纠缠量子比特对时,控制者就可以只发送一个比特信息而在接收方的实验室制备一个从某个态集中随意挑出的对发送者已知对接收者未知的量子态。我们把这种一对一的远程态制备推广到多个接收者的情况,并考虑了远程制备量子态多份拷贝的输出品质与所消耗的纠缠量之间的关系。3.已经证明通过局域克隆的操作可以实现量子态的解纠缠;我们发现当运用非对称的克隆操作局域地克隆量子纠缠态的子系统,不但可以输出量子态的解纠缠状态,还可以近似保持原始的纠缠态。当这样的非对称克隆机是一个非对称远程克隆过程时,则可以根据发送者的控制,分配给信息的接收者或者纠缠态的近似拷贝,或者只是纠缠态的解纠缠输出。4.束缚纠缠态是多体或高维系统中的一类有趣的纠缠态,经典通信和局域操作不能从中提取最大纠缠态。起初这种束缚纠缠态被认为对量子信息处理是无用的。但后来有许多迹象表明:这种束缚纠缠可以被激活,并辅助一些量子信息处理过程。这里我们调查了一个远程量子信息凝聚过程,发现束缚纠缠态与最大纠缠GHZ态一样能够独立完成这项信息处理任务,甚至从安全通信的角度讲,束缚纠缠态的信息处理功能更强。
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