基于量子层析的量子态测量方案及其仿真

为解决量子态信息获取问题,基于量子层析理论,深入分析了单量子比特和多量子比特的层析理论,设计了利用量子态层析进行量子态测量的实验方案,并通过计算机仿真技术对单量子比特层析实验进行了模拟．在理论分析和仿真实验的基础上得到如下结论：通过适当选取测量次数,量子层析技术可以较为精确地重构量子态密度矩阵,获取量子态信息,同时可以兼顾实验效率．

     

基于四粒子团簇态的量子安全直接通信协议仿真

随着量子通信在近年来的不断发展, 量子安全直接通信成为了量子通信的一大重要分支。但目前的实验设备很难满足量子通信实验, 导致通信协议的正确性和安全性无法得到验证。针对这一问题, 提出了一种协议仿真算法。在Microsoft Visual C++6. 0平台上利用C++语言编写了量子安全直接通信协议的仿真程序, 最终实现了发送方和接收方之间的有效安全通信。仿真结果体现了量子通信的高效性和绝对安全性。实验结果与理论结果相吻合, 进一步验证了协议是安全、正确的, 也证明了用计算机对量子计算进行仿真的可行性。     

多参数测量的分层量子态分享

融合了分层量子态分享及多参数测量思想，提出了一个研究不同最大纠缠量子信道的分层量子态分享可能性的新框架，并以4-粒子团簇态作为量子信道为例说明了该框架是可行的，指出该例是现有协议的推广。考虑到最大纠缠态的保持对现有技术的挑战，将上述框架推广到非最大纠缠信道的情形，且以4-粒子非最大纠缠团簇态为例，验证了这个推广框架用于研究不同非最大纠缠信道的分层量子态分享是可行的。进一步，分析了验证实例的成功概率（经典耗费）与测量参数或量子纠缠参数间的依赖关系，说明了可以根据量子信道的参数来调整测量基的参数，达到调节成功概率或经典耗费，满足真实世界中不同需求之目的。     

基于单量子态的量子加密协议

由于量子的特殊性,量子加密的实现存在许多困难,因此量子密码学中量子加密协议很少。该文分析了实现量子加密的几个障碍:量子态的不确定性、量子比特传输的噪声和错误等,并且就克服这些障碍提出了量子密码的新分支-基于单量子态的量子加密协议。该量子加密协议利用传统密码学、纠错编码和量子力学原理相结合实现保密信息传递,同时分析了量子加密协议的安全性和其他特点。     

基于测量的量子线路

量子线路模型是使用最广泛的量子计算模型,它对于量子算法的构造和量子计算机的物理实现提供了一个基本框架.利用测量演算和分布式量子计算的基本思想,提出了测量量子线路模型(measurement quantum circuits model).测量量子线路主要考虑测量结果对酉运算的影响,测量结果和酉运算之间的关系以及测量基量子线路的在纯态和混合态上的作用.讨论了2个基元运算的并运算,以及连接运算,它们都是封闭的.基于此,定义测量量子线路的基本运算元,并证明任何一个测量量子线路是一个量子运算并举例得以说明.     

基于Cluster态的n位量子态共享方案

为达到n位量子态秘密共享的目的,建立四粒子Cluster态和五粒子Cluster态的量子信道,提出两个量子秘密共享方案。Cluster态与其它纠缠态(W态和GHZ态)不同,相比最大纠缠态,其在某些方面具有很好的稳定性,且实验容易制备。两个方案均只用两次bell测量。第一个方案中,重构者只需对所持有的粒子进行相应的幺正变换即可;第二个方案引入一个辅助粒子最后实施CNOT操作就可恢复原始秘密。对于任意量子态的共享方案,都可以根据需要将最终量子态通过相应的量子线路得到所需要恢复的初始量子态。在安全性方面,分析外部攻击和内部攻击,得到所提出的方案是安全的。     

量子态估计简介及其在超导电路电动力学系统中的应用

量子态估计是量子计算以及量子调控的基础,一般分为量子态层析,即对未知量子态(或过程的初态)进行估计,以及量子滤波,即对量子态进行实时的估计.本文首先介绍了近年来量子态层析技术新的进展,内容包括极大似然方法,压缩感知方法和线性回归方法,并分析了它们的适用范围及各自的优缺点.进一步,基于量子计算的成熟载体超导电路电动力学系统,介绍了基于连续弱测量对量子态进行实时估计的贝叶斯方法,并分析了贝叶斯估计的适用情形.进一步,通过仿真实现了量子贝叶斯估计,可以很容易发现贝叶斯方法能够精确地实时追踪量子态的演化.     

磁场控制下的电子自旋量子系统参数辨识

了解量子控制系统的性能参数是设计精确控制器的基础. 为解决这一问题, 本文基于量子过程层析, 提出了辨识量子控制系统参数的方法, 设计了以电子自旋磁场控制系统为对象的具体实验方案, 并利用计算机仿真技术对其进行了模拟. 仿真结果表明, 辨识得到的量子控制系统参数与理论值较为吻合, 达到了预定的准确度指标. 结合理论分析和仿真结果可知, 利用量子过程层析可以有效实现量子控制系统的参数辨识.     

基于测量设备无关的可认证身份量子投票方案

为解决量子通信过程中的身份认证及协议的可实现性问题, 提出一种基于测量设备无关的带身份认证服务器的量子安全直接通信协议, 并依据该协议提出一种量子投票方案. 所提方案利用测量设备无关的量子密钥分配, 完备的量子加密, 以及经典的一次一密等技术, 不仅理论上确保方案的无条件安全性, 而在实际上也避免外部攻击者对测量设备漏洞的攻击. 此外, 所提方案使用BB84态的弱相干脉冲作为量子资源, 仅实施单粒子操作, 以及识别Bell态的测量. 因此, 基于现有技术, 所提方案具有良好的可实现性. 同时所提方案扩展了身份认证功能, 引入比特承诺, 使得监票人可以验证投票信息的完整性和正确性. 仿真结果和分析表明, 所提方案是正确的并具有理论上无条件的安全性, 即信息理论安全. 相较于现有的量子投票方案, 所提方案具有更好的可行性.     

Self-protected quantum algorithms based on quantum state tomography

Only a few classes of quantum algorithms are known which provide a speed-up over classical algorithms. However, these and any new quantum algorithms provide important motivation for the development of quantum computers. In this article new quantum algorithms are given which are based on quantum state tomography. These include an algorithm for the calculation of several quantum mechanical expectation values and an algorithm for the determination of polynomial factors. These quantum algorithms are important in their own right. However, it is remarkable that these quantum algorithms are immune to a large class of errors. We describe these algorithms and provide conditions for immunity.      

基于光量子芯片的量子自旋链中完美态转移可编程量子模拟

近些年,量子计算物理实现技术进步很快,构建能够发挥实际用途的量子计算装置成为发展重点。采用量子模拟研究量子自旋系统的演化行为,相比于经典模拟会更加高效。一维量子自旋链中完美态转移模型在量子通信和量子计算领域具有重要的研究价值。提出一种基于双光子连续时间量子漫步的可编程完美态转移量子模拟方法,并且基于光量子芯片完成了2类特殊哈密顿量作用下XY型量子自旋链中双激发“周期-镜像”完美态转移的量子模拟实验,为模拟量子自旋系统的演化提供了一种实用且可扩展的实验方案。     

量子系统中状态估计方法的综述

从广泛用于实验量子领域的典型状态估计方法,到基于系统论观点、可用于量子反馈控制的状态估计方法,详细综述了4种测量方式下的相应量子状态估计方法及其适用背景.通过其发展历程的叙述,从本质上阐述了估计的基本原理,从技术上对各种方法进行了相应的分析和比较.同时,对量子状态估计和经典状态估计进行了相应的比较,并对量子系统中的状态估计方法作了总结.     

基于通用量子门的量子遗传算法及应用

为加快量子遗传算法的参数更新速度,简化遗传操作步骤,提出了一种基于通用量子门的量子遗传算法（Quantum Genetic Algorithm with Universal Quantum Gate,UQGA）。该方法以通用量子门为逻辑计算单位,对染色体进行遗传操作。利用Hadamard门进行基础变换;通用量子门通过新的旋转角度函数,对各个基因位进行选择、变异操作;通过求解适应度函数,得到全局最优解;同时,算法经数学证明是收敛的。该算法应用到函数极值搜索和Iris数据集特征选择中。实验结果表明,UQGA具有较好的全局搜索和特征选择性能,尤其是在收敛速度、运算时间和分类准确率方面明显优于普通量子遗传算法和普通遗传算法。     

Quantum Bit-commitment for small storage based on quantum one-way permutations

We propose a quantum bit-commitment scheme based on quantum one-way permutations with the unconditionally binding and computationally concealing property. Our scheme reduces exponentially the number of bits which the receiver needs to store until, the opening phase compared with the classical counterpart. Keisuke Tanaka, Ph.D.: He is Assistant Professor of Department of Mathematical and Computing Sciences at Tokyo Institute of Technology. He received his B.S. from Yamanashi University in 1992 and his M.S. and Ph.D. from Japan Advanced Institute of Science and Technology in 1994 and 1997, respectively. For each degree, he majored in computer science. Before joining Tokyo Institute of Technology, he was Research Engineer at NTT Information Sharing Platform Laboratories. His research interests are cryptography, quantum computation, circuit complexity, and the design and analysis of algorithms.     

PT-对称中量子态的区分

量子态的区分问题在量子信息技术中有许多重要应用。在量子力学中,两个态[ψ1]和[ψ2]可区分当且仅当它们正交,在[PT]量子理论的背景下考虑态的可区分性问题,基于一个非自伴但[PT-]对称的Hamiltonian量能够构造一个所在Hilbert空间的新内积的方法,给出了[ψ1]与[ψ2]可区分的刻画。通过例子对这个问题进行了详细讨论。     

Manipulations Between Eigenstates of 2-Level Quantum System Based on Optimal Measurements

This paper explores the manipulation between eigenstates in a two-level system by a sequence of instantaneous projective measurements. Three cases of the manipulations are studied: the manipulation of optimal measurement-based control; the optimal measurement-based manipulation with the effect of free evolution of system; and the external control fields being used to compensate for the effect caused by the free evolution. Numerical simulations are conducted to verify the results obtained from the theoretically analytical solutions. The optimal parameters for each manipulation case are obtained. The experimental results indicate that the external control fields can make the optimal measurement-based control more effective.