基于量子态系数矩阵的纠缠判定准则

量子纠缠的判定问题（也称为可分性判定问题）是量子纠缠理论中的核心问题之一。越来越多的两体纠缠判定准则被提出,但其中大部分都难以理解和计算,或是难以应用到任意多体量子系统中。为此,对于一个任意的多体量子纯态,基于其系数矩阵提出了一个纠缠判定准则。通过考察一个量子态的系数矩阵的秩,就可以断定该状态是可分态还是纠缠态。通过具体的实例表明,所提出的方法可以找到一个多体量子态的具体可分形式,并且简单易懂、方便计算。     

基于QDP的蝶形量子网络编码方案

当前已有的蝶形量子网络方案多数只能完成量子态经公共信道进行交叉传输,并且为实现蝶形网络的量子态无损传输,通常需要消耗纠缠资源。结合量子直接传态方案中态传输的方法,提出一种在蝶形网络中传输任意已知单量子态的网络编码方案。利用处于基态的单粒子作为量子寄存器,实现每个接收节点均能同时接收到来自全部发送节点发送的不同量子态。整个通信过程不需要使用纠缠资源和测量操作,仅通过各节点执行相关酉操作即可完成通信。并且将该方案扩展至采用多种形式的量子态作为寄存器以及发送节点和接收节点个数更多的情况。     

利用纠缠态实现任意N粒子量子态的秘密共享

针对量子秘密共享的量子态局限于最大纠缠态的问题,提出一种实现任意N位量子态的秘密共享方案。该方案使用纠缠态作为量子信道,首先发送方对粒子进行Bell基测量,然后接收方Bob或Charlie使用单粒子测量,最后参与者根据Alice和单粒子测量得到的结果,选用合适的联合幺正变换对量子态进行相应的变换,这样可以实现任意N粒子量子态的秘密共享。该方案能够抵御外部窃听者和内部不诚实参与者的攻击,安全性分析表明此方案是安全的。     

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.     

基于极化单光子的高效安全量子秘密共享方案

为进一步提高量子秘密共享协议的效率和安全性,结合量子Grove搜索算法提出一种基于极化单光子的量子秘密共享协议.效率分析结果表明,该方案可以将全部量子态用于密钥共享,理论效率为100%.在方案的安全性证明中,借助量子Grove算子和量子纠缠特性得出方案能够有效抵抗中间人攻击,同时该方案利用辅助量子态进行监视,能够以高概率检测特洛伊木马攻击.通过对Grove算子进行高维推广,证明了方案推广到(n,n)的可行性和实用性.     

基于新的二粒子纠缠态的仲裁量子签名协议

综合考虑量子纠缠、量子态的比较、量子操作等,提出一种基于新的二粒子纠缠的仲裁量子签名协议。利用隐形传态的原理将未知的量子传递到接受者手中,再对其进行相应的酉变化来恢复原信息。方案中有第三方的参与使得方案更安全,又利用具有很好性质的二粒子纠缠态,使得方案简单安全可行。同时算法利用一次一密加密算法加密保障了签名的不可伪造性,通过仲裁者的参与及量子密钥有效解决了双方的抵赖问题。     

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。     

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。     

基于纯态的量子通信系统模型

量子通信与量子计算已经引起人们极大的关注.对于量子态如何用于信息处理的问题,提出了量子通信的两种基本模型:量子直接通信模型与量子隐形传态通信模型.在量子直接通信模型中,用模块化的方法将量子通信全过程分为量子信源编译码,量子信道编译码,量子信道与量子噪声模块,并详细阐述了各个模块的功能与用途.在量子隐形传态通信模型中,利用量子隐形传态特性,通过将待传粒子与纠缠对的联合测量模块化为量子调制部分,给出了基于隐形传态的量子通信一般模型.量子通信在安全性及效率方面具有经典通信无法比拟的优势.     

绝热量子搜索算法中的纠缠与能量分析

为了进一步研究量子纠缠与量子计算速度及能量的关系,通过计算von Neumann纠缠熵,分析了时间复杂度分别为O(N )和O(1)的绝热量子搜索算法的量子纠缠度随时间的变化关系,并对两者进行了比较.实验结果表明,量子纠缠对绝热量子计算的运行时间具有明显的影响,较大的纠缠可以导致更短的运行时间,反之亦然.同时对纠缠与能量的关系给出了一般性解释,即注入能量导致系统的纠缠增大,并因此缩短算法的运行时间.此外还分析了纠缠与量子系统初态的关系.实验表明系统初态形式不同,其纠缠度也不一样.初态为等幅叠加态的算法涉及的纠缠度明显大于初态为非等幅叠加态的算法.     

无信息泄露的四粒子的量子安全会话

量子信息学是近年来由量子力学与信息科学相结合而产物的一门新兴的学科,量子通信是其重要的分支。量子通信将量子力学定律引入传统通信中,其安全性由量子力学的基本原理所保证,如未知量子位不可克隆、非正交量子态不可识别、量子态测量无法不扰动系统状态等,可以实现绝对安全的通信。本文基于二粒子无信息泄露的量子安全会话,在阅读大量文献的基础上,提出了一种一次传输8比特秘密信息的思想。结合已有方案,列出的一种利用四粒子纠缠交换实现的无信息泄露的量子安全会话方案。     

基于量子Calderbank-Shor-Steane纠错码的量子安全直接通信

量子安全直接通信是继量子密钥分配之后提出的又一重要量子密码协议,它要求通信双方在预先不需要建立共享密钥的情况下就可以实现消息的保密传输.给出了一个新的量子安全直接通信方案,该方案利用量子Calderbank-Shor-Steane(CSS)纠错码和未知量子态不可克隆等性质,方案的安全性建立在求解一般的线性码的译码问题是一个NP完全问题、Goppa码有快速的译码算法和量子图灵机不能有效求解NP完全问题的基础上.在协议中,发送方Alice把要发送的秘密消息转化为一一对应的错误向量,把错误向量加到其接收到的、Bob编码过的量子态上,并发给接收方Bob.Bob利用其私钥,通过测量、解码可以得到错误向量,并可以用相应的算法恢复出秘密消息.控制量子信道的攻击者Eve不能恢复出秘密消息,因其不知道Bob的密钥.与已有的量子安全直接通信方案相比,该方案不需要交换任何额外的经典信息和建立量子纠缠信道.     

多级量子无线网络传输

由于大气中充满噪声与干扰,在自由空间中进行远距离的量子通信成为一个难题。基于量子态纠缠交换的原理,通过两个中继点间接地在通信两端建立起量子信道,使得远距离量子信息的传输成为可能;通过研究源端及各中继点在不同情况下的量子态及接收端相应的量子态,进而对接收端所拥有的量子态施加不同逻辑门进行相应的逻辑变换,最终成功得到了源端所发出的信息;对具有N个中继点的系统进行了研究,解决了远距离的量子信息传输问题。     

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．     

介观电容耦合电路的量子纠缠效应

应用介观电子线路制备量子态并实现相应的信息传输与控制是量子信息学的重要课题。利用介观耦合电路给出了制备双模压缩真空态的方案,研究了模间纠缠度与压缩幅度参数的关系。结果显示:模间纠缠度和2个回路的电感比值有关,与耗散无关,且存在一个极大值。     

基于两体量子正交纠缠态集的局域删除

虽然在全局操作（Global）下,由于量子操作线性性的限制,非正交态不可精确克隆和精确删除,但是正交态却可以精确克隆和精确删除。不过在局域操作（LOCC）下,即使是正交的量子态也不一定可以精确克隆和精确删除。考虑在局域操作下,两体最大正交纠缠态和量子信道的局域删除问题,得到了它们可以实现局域删除的充要条件。     

多粒子量子态的超空间克隆

将多粒子量子态的最优克隆和超空间转移结合起来,给出了多粒子态量子超空间克隆的方案,通过对该方案与先克隆再超空间转移方案之间所耗的纠缠资源的比较分析,发现该方案具有消耗纠缠资源少的优点。     

基于量子纯态纠缠转化的一种算法

量子纠缠是一些量子信息处理过程中必不可少的资源,研究量子态之间确定的或概率的纠缠转化的算法是量子信息理论里一项重要的任务。首先考虑了利用局域操作和经典通讯（LOCC）将双体量子纯态转化为混合双体态的算法,该方法算法简单,并且考虑了在催化剂的作用下,两双体纯态的纠缠转化的算法。     

信道噪声对量子信息分离的影响

文献[7]给出了一个三者之间利用四粒子团簇态作为量子信道实现单粒子量子态的量子信息分离的方案。在此方案的基础上,分析了经典噪声信道对这个量子信息分离方案的影响。通过利用二元对称信道以及二元删除信道,得到了信息分离成功概率与经典信道噪声系数之间的关系。除此之外,还研究了量子噪声信道对此方案的影响。在振幅阻尼信道或者去极化信道上进行量子信息分离的过程中,量子纠缠信道将会发生退相干,从而导致量子信息分离质量的下降。文中给出了量子信息分离保真度与噪声系数以及所传送量子态系数之间的关系刻画。     

在噪声情况下远程制备四比特团簇态

本文采用团簇态作为量子信道,讨论了4种噪声对远程制备四比特团簇态的影响.首先分析在理想情况下,制备者Alice利用团簇态作为量子信道,通过构造巧妙的测量基,帮助接收者Bob获取所需制备的目标四比特团簇态;然后讨论在4种噪声影响下远程制备四比特团簇态,且利用保真度来描述输出态与输入态之间的接近程度.发现不同类型的噪声对远程量子态制备的影响程度不同.尤其相位噪声,在远程量子制备四比特团簇态的过程中,系统的保真度不受待制备量子态的相位因素的影响,然而其他3种噪声都受待制备量子态的相位因素的影响.