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环境辅助测量增强量子密集编码容量的研究

环境辅助测量增强量子密集编码容量的研究

作者：魏东梅江西理工大学

学位级别：硕士

量子密集编码不仅是量子信息处理的重要研究领域之一,也是量子纠缠共享非常有趣的应用之一,为实现全球量子保密通信的绝对安全提供了前提研究条件。作为量子密集编码必不可少的资源,纠缠可以使无噪声量子信道的经典信息容量加倍。但是,... 详细信息

量子密集编码不仅是量子信息处理的重要研究领域之一,也是量子纠缠共享非常有趣的应用之一,为实现全球量子保密通信的绝对安全提供了前提研究条件。作为量子密集编码必不可少的资源,纠缠可以使无噪声量子信道的经典信息容量加倍。但是,实际的量子系统不可避免地与周围环境存在相互作用,纠缠因此而衰减,这大大降低了密集编码效率,甚至出现量子密集编码逊色于经典编码的情况。因此,有必要寻找能抑制环境退相干保护纠缠增强密集编码容量的方案。环境辅助测量技术可以从环境中获取额外信息有效抑制退相干,在量子信息任务处理过程中发挥着重要的作用。本文研究利用环境辅助测量技术抑制退相干增强噪声影响下量子密集编码容量的方案。主要研究内容和创新点如下:（1）提出利用环境辅助测量提高振幅阻尼噪声下的密集编码容量的方案。在环境辅助测量及其反转方案的帮助下,可以有效抑制振幅阻尼噪声的影响,并且以一定概率恢复未受噪声前的容量。与弱测量及其反转方案得到的结果相比,环境辅助测量及其反转方案在提高容量和成功概率上都具有明显优势。这些优势源于环境辅助测量可以从环境中提取额外信息用来抑制振幅阻尼噪声。（2）当连续使用信道时,具有关联效应的量子信道是研究噪声下量子通信的现实场景。在讨论关联振幅阻尼信道密集编码容量的基础上,利用两种弱测量及其反转方案增强密集编码能力。结果表明,它们都能够有效抑制关联振幅阻尼噪声并以一定的概率提高容量。但是,第一种方案能更好的提高容量,但成功概率较低;第二种方案在提高容量方面有欠缺,但成功概率较高。（3）提出利用环境辅助测量增强关联振幅阻尼噪声下密集编码容量的方案。结果表明,环境辅助测量技术可有效的抑制关联振幅阻尼噪声的影响,并且以一定的概率恢复未受噪声前的容量。与前面两种弱测量及其反转方案相比,环境辅助测量及其反转方案在提高容量和成功概率上均具有优势。这为抑制噪声有效的进行量子信息处理提供了一种可能的途径。

关键词：量子密集编码振幅阻尼关联振幅阻尼环境辅助测量弱测量

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基于环境辅助测量和弱测量的量子纠缠保护

基于环境辅助测量和弱测量的量子纠缠保护

作者：吴和金延边大学

学位级别：硕士

量子信息学是量子力学与经典信息学相结合而形成的交叉学科,量子纠缠作为其最核心的物理资源,在量子信息处理中有着重要的应用。然而,在实际的信息传输、处理、存储的过程中,量子系统不可避免的会与环境发生相互作用,这就造成了量子纠... 详细信息

量子信息学是量子力学与经典信息学相结合而形成的交叉学科,量子纠缠作为其最核心的物理资源,在量子信息处理中有着重要的应用。然而,在实际的信息传输、处理、存储的过程中,量子系统不可避免的会与环境发生相互作用,这就造成了量子纠缠的退化,甚至在某些情况下会发生纠缠突然死亡的现象。因此,保护量子态免受噪声的影响是一个至关重要的问题,在过去的几十年,科学家们已经提出了许多关于纠缠态的保护方案,但是这些方案总是存在或多或少的缺陷。本文基于环境辅助测量和弱测量的理论知识,提出了量子态和量子信息处理协议的保护方案,主要的研究内容如下:(1)在幅值阻尼噪声通道下,我们提出了保护远程量子克隆通道的纠缠度,提高量子远程克隆保真度的方案。通过利用环境辅助测量和弱测量,参与者共享的量子通道的纠缠度能够被概率性的恢复。当弱测量强度与噪声通道的阻尼率相等时,我们能够以一定的概率使远程克隆的保真度恢复到最大值。(2)在广义幅值阻尼噪声通道下,我们提出了基于弱测量和弱测量反转保护GHZ态的方案。通过优化弱测量强度,有效地抑制了由噪声导致的纠缠的退化。结果显示,通过使用最佳的前置和后置弱测量,能显著提高GHZ态的纠缠度,并且纠缠突然死亡的现象能够被延缓。

关键词：抑制退相干环境辅助测量弱测量

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改善噪声下隐形传态的量子参数估计精度研究

改善噪声下隐形传态的量子参数估计精度研究

作者：曾艺博江西理工大学

学位级别：硕士

量子隐形传态是利用共享纠缠把未知量子态精确传到接收方的过程。其不仅量子信息理论发展中的一个关键概念协议,亦是许多量子技术发展的基本要素。近些年来,人们从理论上和实验实现上对其进行了广泛而深入的研究。对于传统信息通信,人... 详细信息

量子隐形传态是利用共享纠缠把未知量子态精确传到接收方的过程。其不仅量子信息理论发展中的一个关键概念协议,亦是许多量子技术发展的基本要素。近些年来,人们从理论上和实验实现上对其进行了广泛而深入的研究。对于传统信息通信,人们会更倾向于去关注附加在信号上的信息是否完整,而不是信号是否完整。对于量子信息通信而言,这就意味着研究者会更关注编码在量子态上的特定量子参数而非量子态本身。在量子度量学中,参数估计的方差下限和量子费舍信息、量子费舍信息矩阵通过量子克拉美-罗界联系了起来。本文利用量子弱测量及环境辅助测量技术抑制噪声的影响,改善隐形传态的量子参数估计精度。主要有以下几方面的工作:(1)在二维系统的量子隐形传态中,聚焦于更为一般的非马尔可夫噪声。研究发现,受非马尔可夫效应的影响,隐形传态的量子费舍信息经过几次振荡后衰减为0。量子费舍信息的减小意味着参数估计精度的降低,针对此问题,提出了两种改善非马尔可夫噪声环境下量子隐形传态的参数估计精度方案。一是通过弱测量和量子测量反转操作控制量子系统。另一种是根据环境监测结果修正量子系统的演化,并通过量子测量反转恢复量子费舍信息。在非马尔可夫环境下,这两种方案都能提高隐形传态的量子参数估计精度。并且通过选择合适的弱测量和测量反转强度,可以完全消除环境噪声的影响,实现初始量子费舍信息的隐形传输。综合比较表明,第二种方案不仅比第一种方案有更高的成功概率,而且对隐形传态的量子参数估计精度有更明显的改进。(2)在三维量子系统的隐形传态中,利用弱测量和环境辅助测量提高幅值阻尼噪声下的多参数估计精度。计算了噪声下隐形传态的多参数量子费舍信息矩阵,探讨了噪声对多参数估计精度的影响,提出了利用弱测量和环境辅助测量来对抗幅值阻尼噪声并提高量子隐形传态的多参数估计精度的两种方案。结果表明,无论在独立估计情况还是在同时估计情况下,这两种方案都能有效改善参数估计精度,且环境辅助测量方案在独立估计和同时估计精度方面均优于弱测量方案。值得注意的是,环境辅助测量方案能够概率地保证量子参数估计精度不受幅值阻尼噪声污染。

关键词：量子隐形传态量子参数估计量子费舍信息弱测量环境辅助测量

提高关联噪声下量子Fisher信息隐形传送效率的研究

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提高关联噪声下量子Fisher信息隐形传送效率的研究

作者：姚林江西理工大学

学位级别：硕士

量子隐形传态具有强稳定性、节约通信资源、高效的信息传输能力以及理论上的绝对安全性,具有以上优势的关键是是它采用了共享纠缠来作为信息传输的信道。然而,在外界噪声的干扰下,量子纠缠会迅速衰减甚至完全消失,从而失去量子优势。另... 详细信息

量子隐形传态具有强稳定性、节约通信资源、高效的信息传输能力以及理论上的绝对安全性,具有以上优势的关键是是它采用了共享纠缠来作为信息传输的信道。然而,在外界噪声的干扰下,量子纠缠会迅速衰减甚至完全消失,从而失去量子优势。另一方面,量子Fisher信息在量子度量学中具有极其重要的意义,它表征了参数估计的精度。本文研究关联噪声下的量子Fisher信息隐形传送,并引入弱测量和环境辅助测量,有效地提升隐形传态的量子Fisher信息。论文的主要研究内容如下:(1)针对实际情况中,频繁地使用同一信道传输量子比特,前一比特就会对后一比特产生影响,即关联效应,研究关联振幅阻尼噪声下的量子Fisher信息隐形传送,结果表明,关联效应能在一定程度上提高量子Fisher信息隐形传送的效率,但不足以有效地抑制噪声。因此提出了利用弱测量及环境辅助测量技术抑制噪声影响的方案。研究发现,两种方案在无关联振幅阻尼噪声和完全关联振幅阻尼噪声的两种情况下,皆可以实现量子Fisher信息隐形传送的的无损传输。由于弱测量、环境辅助测量以及量子测量翻转操作是非酉操作,两种方案是概率性的。此外,通过详细比较发现,环境辅助测量方案在提高隐形传送的量子Fisher信息和成功概率上具有明显优势。(2)关联振幅阻尼噪声对应的是理想的零温环境,而实际环境往往是有限温度的。因此,将研究推广到有限温度的情况下,研究了关联广义振幅阻尼噪声下的量子Fisher信息隐形传送。研究结果表明,关联效应能在一定程度上提高量子Fisher信息隐形传送的效率,而环境温度的升高加剧了噪声的退相干。为了抑制关联广义振幅阻尼噪声提出了两种提高量子Fisher信息隐形传送的方案,两种方案都能以牺牲成功概率为代价在一定程度上提高量子Fisher信息隐形传送效率。本文的研究虽未能实现关联广义振幅阻尼噪声下量子Fisher信息无损隐形传送,但是也为抑制关联广义振幅阻尼噪声的其他量子信息任务提供了一种思路。

关键词：量子隐形传态量子Fisher信息关联噪声弱测量环境辅助测量

借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制研究

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借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制研究

作者：张骄阳中国科学技术大学

学位级别：硕士

目前,量子信息科技正在飞速发展。在实际的量子信息处理任务中,量子系统与环境不可避免的相互作用会引发退相干,这是量子信息理论实现的最大瓶颈之一。因此,研究如何借助合适的控制策略对量子信息系统进行退相干抑制具有重要的理论和应... 详细信息

目前,量子信息科技正在飞速发展。在实际的量子信息处理任务中,量子系统与环境不可避免的相互作用会引发退相干,这是量子信息理论实现的最大瓶颈之一。因此,研究如何借助合适的控制策略对量子信息系统进行退相干抑制具有重要的理论和应用价值。在此背景下,本论文重点研究了借助测量和量子门的量子信息系统退相干控制问题,主要研究内容包括以下三个方面:1.借助弱测量和环境辅助测量提出一种新的退相干控制方案,解决了任意未知的N量子比特状态振幅阻尼退相干抑制的问题。所提方案主要包含三个阶段:在退相干通道前,借助前置弱测量和前馈控制将量子系统的初态转移到一个对退相干鲁棒的状态上;在退相干过程中,对与被保护的量子系统耦合的环境进行测量,以便选择对应于可逆Kraus算符的量子轨迹;在退相干通道后,再借助逆前馈控制和后置弱测量恢复初始状态。一方面,当后置弱测量强度满足完全恢复条件时,所提方案即便是在重阻尼情况下也能够取得100%的总体保真度;另一方面,当满足完全恢复条件不成立时,全面地分析了弱测量强度、初始状态参数和振幅阻尼通道的幅度对所提方案性能的影响。将所提方案用于增强2量子比特纠缠态的并发度,并通过与无保护方案进行对比证实了所提方案的有效性。2.借助弱测量和环境辅助测量提出一种量子隐形传态框架,实现了振幅阻尼通道上高保真度的量子隐形传态,其中考虑了基于Bell态/W态的非受控/受控量子隐形传态的情况。在所设计的框架中,首先在纠缠分发环节施加环境辅助测量,然后利用精心设计的弱测量算符取代原有协议最后一步中的幺正算符来恢复输出量子比特的状态。一方面,通过使弱测量的强度与振幅阻尼通道的幅度相等,所设计的框架能取得100%的平均保真度;另一方面,通过调节弱测量强度,所设计的框架也能在平均保真度和总体成功概率之间进行折中。特别地,对于基于W态的受控量子隐形传态而言,只需在纠缠分发环节施加环境辅助测量,即可完全抑制共享纠缠的退相干效应,因此后续无需施加任何状态恢复操作就能取得100%的平均保真度。仿真结果表明,所设计的框架与无保护的量子隐形传态协议和一种只借助弱测量的量子隐形传态协议相比,能取得更高的保真度。3.针对量子隐形传态中现有的退相干控制方案普遍难以适应量子网络和量子计算的需要这一难题,借助量子门开发了三种对振幅阻尼退相干鲁棒的量子隐形传态方案。在第一种方案中,当原始的量子隐形传态协议完成后,在接收端施加由一个Hadamard门和一个CNOT门组成的量子门控制单元来恢复输出量子比特的状态。接下来,通过在第一种方案的纠缠分发环节施加环境辅助测量,开发出一种具有100%的保真度的量子隐形传态方案。进一步地,通过在原始量子隐形传态协议之前的纠缠分发环节施加一个前置和一个后置量子门控制单元,从保护共享纠缠的角度提高量子隐形传态的保真度。所设计的量子门协助的量子隐形传态方案既不耗资源也不耗时,因此在量子网络和量子计算中具有潜在的应用价值。仿真结果表明,所设计的量子门协助的量子隐形传态方案的保真度高于无保护的量子隐形传态协议和一种借助弱测量的量子隐形传态协议。

关键词：量子信息量子隐形传态退相干控制弱测量环境辅助测量量子门

基于弱测量的纠缠保护及其在量子签名中的应用

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基于弱测量的纠缠保护及其在量子签名中的应用

作者：李振强河北师范大学

学位级别：硕士

纠缠态作为一种重要的物理资源,在量子通信中有着举足轻重的地位,但在实际应用中由于受外部噪声环境的影响,往往会发生量子消相干现象,导致量子信息的完整性被破坏.因此,如何抵制噪声环境对量子纠缠的影响是量子信息理论研究中的一项重... 详细信息

纠缠态作为一种重要的物理资源,在量子通信中有着举足轻重的地位,但在实际应用中由于受外部噪声环境的影响,往往会发生量子消相干现象,导致量子信息的完整性被破坏.因此,如何抵制噪声环境对量子纠缠的影响是量子信息理论研究中的一项重要课题.本文旨在探究弱测量和环境辅助测量对纠缠态的保护作用,主要得到如下三个结论:基于弱测量和弱测量反转,提出了一个型纠缠态保真度保护的方案;基于环境辅助测量和弱测量提出了四粒子团簇态的纠缠保护方案;基于四粒子团簇态,提出了一种新型的量子广播多体盲签名方案。

关键词：量子纠缠弱测量环境辅助测量量子签名