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自旋链中的量子信息传输

自旋链中的量子信息传输

作者：孔德欣中国科学技术大学

学位级别：硕士

量子信息和量子计算是一门由量子理论和现代信息论相结合而产生的一门新兴学科,目前,已成为当今的一大研究热点。经过几十年的努力,人们已在这个领域取得了许多举世瞩目的成就,例如量子并行算法、量子保密通信、量子纠缠和量子隐形传态... 详细信息

量子信息和量子计算是一门由量子理论和现代信息论相结合而产生的一门新兴学科,目前,已成为当今的一大研究热点。经过几十年的努力,人们已在这个领域取得了许多举世瞩目的成就,例如量子并行算法、量子保密通信、量子纠缠和量子隐形传态等。由于量子力学的相干性和量子态的不可精确复制性,量子信息和量子计算有着经典信息论无法超越的优越性。因此,人们坚信量子信息和量子计算的建立会把人类社会带进一个新的时代。量子信息和量子计算理论的研究的一个重要目的就是实现量子计算机。由于利用量子并行算法,量子计算机有这经典计算机无法超越的计算和信息处理能力。但是与经典计算机类似的是为了完成复杂的计算和信息处理任务,量子计算机内部的不同元件之间需要进行信息交流,如处理器需要在存储器中存储和读取信息。因此研究和开发易行和高效的短程量子信道对量子计算机的发展具有重大意义。就目前来讲,我们认为自旋链信道是最有前途的短程信道模型。因为量子计算机最有可能在固态物质中实现,而自旋链也是一种固态系统,所以利用自旋链作为量子计算机内部的短程信道可以避免许多难题,比如发生在不同介质之间的界面问题等。另外,自旋链信道是在整个体系的自由演化过程中传递量子态的,不需要外界控制,因此这种信道模型不仅容易在实验上实现,而且可以最大限度的避免环境的影响。我们的工作就是关于改进双自旋链信道协议的传输效率和该协议的抗噪声干扰能力。首先,我们从实际情况出发对由DanielBurgarth提出的双链信道协议作了一些改进,研究结果显示改进后的协议大大提高了双链信道协议的传输效率。然后,考察了几种非常普遍的量子噪声,耦合参数波动噪声和由非完全初始化引起的随机噪声和集体噪声,对两种双链信道协议的影响并作了对比,结果显示这几类噪声对双链信道协议并不是致命性的,而且改进后的协议对这几种噪声具有更强的抵抗能力。我们的改进协议同时也降低了实验实现双链信道模型的难度。全文共分为四章:第一章系统的介绍了量子信息传输的研究进展和相关的代表性传输方案和协议;第二章介绍了在量子信息领域常用的自旋链物理模型和信道协议;第三章详细介绍了我们对双自旋链信道协议的研究工作;第四章给出了全文总结和对自旋链信道的研究展望。

关键词：自旋链量子信息传输量子计算信息处理量子计算机

二比特量子信息在任意格点数自旋链上完美传输的调控

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武汉大学学报（理学版） 2022年第6期68卷 680-686页

作者：任恒峰王清亮王鹏忻州师范学院物理系山西忻州034000

利用近邻格点磁感应强度差值为B/2且中心对称的弱磁场,可以实现格点数N=3自旋链上二比特量子信息完美传输的量子调控。以此为依据,研究了这种特定磁场分布对二比特量子信息在N=4、N=5自旋链上完美传输的影响,并将其推广至任意格点数自... 详细信息

利用近邻格点磁感应强度差值为B/2且中心对称的弱磁场,可以实现格点数N=3自旋链上二比特量子信息完美传输的量子调控。以此为依据,研究了这种特定磁场分布对二比特量子信息在N=4、N=5自旋链上完美传输的影响,并将其推广至任意格点数自旋链的情形。结果表明:实现完美传输的时间条件取决于磁场近邻格点间的磁感应强度差值,而与自旋链的格点数无关。基于此,提出了实现任意格点数自旋链上二比特信息传输的量子调控方案:通过调节近邻格点磁感应强度差值的大小,可以调控信息完美传输的时间条件。

关键词：量子信息传输量子比特任意格点数自旋链量子调控

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自旋链中量子信息的完美传输与量子链中态的完美操控

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量子电子学报 2011年第5期28卷 564-570页

作者：陈新施钧辉葛运建双丰中国科学院合肥智能机械研究所中国科学技术大学自动化系普林斯顿大学化学系

在分析了相邻耦合自旋链后,提出了一种求解使量子信息在链中完美传输的耦合强度的方法,并用Groebner基分析的方法得到了耦合强度的所有解析解。该方法同样适用于求解脉冲激光驱动的多能级量子链系统量子态完美操控的控制参数问题。该结... 详细信息

在分析了相邻耦合自旋链后,提出了一种求解使量子信息在链中完美传输的耦合强度的方法,并用Groebner基分析的方法得到了耦合强度的所有解析解。该方法同样适用于求解脉冲激光驱动的多能级量子链系统量子态完美操控的控制参数问题。该结果可以用来分析自旋链量子信息的完美传输和多能级量子链态完美操控的解结构和寻找有优化性质的参数特解。

关键词：量子控制量子信息传输布居转移 Groebner分析

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借助磁场对量子信息完美传输的量子调控

云南大学学报（自然科学版） 2019年第6期41卷 1164-1168页

作者：王清亮任恒峰忻州师范学院物理系

对于在自旋链上进行传输的单比特量子信息而言,若其哈密顿量是经修正的Heisernberg–XX模型,信息的完美传输则仅仅取决于系统自身的动力学演化,即完美传输的条件只由传输时间决定,与链的长度无关.以此为基础,给此自旋链施加一合适的恒... 详细信息

对于在自旋链上进行传输的单比特量子信息而言,若其哈密顿量是经修正的Heisernberg–XX模型,信息的完美传输则仅仅取决于系统自身的动力学演化,即完美传输的条件只由传输时间决定,与链的长度无关.以此为基础,给此自旋链施加一合适的恒定磁场,则实现量子信息完美传输的条件不仅取决于自旋链自身的长度,而且还将由磁场所决定.进而可以通过传输时间t与自旋链长度N以及磁场B的关系控制实现量子信息完美传输的传输时间.

关键词：量子信息传输量子比特自旋链量子调控磁场

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分步实现多态量子信息的传输

忻州师范学院学报 2013年第2期29卷 6-8页

作者：任恒峰忻州师范学院山西忻州034000

两游戏参与者Alice和Bob在进行二人零和量子硬币博弈时,游戏者之一Bob可以通过对盒子里的硬币采取量子策略的操作,干扰博弈的公平性结果,进而控制整个游戏的胜负。以此理论为基础,在量子链的格点处排布上合适初态的量子硬币,通过相应量... 详细信息

两游戏参与者Alice和Bob在进行二人零和量子硬币博弈时,游戏者之一Bob可以通过对盒子里的硬币采取量子策略的操作,干扰博弈的公平性结果,进而控制整个游戏的胜负。以此理论为基础,在量子链的格点处排布上合适初态的量子硬币,通过相应量子硬币"摇动"操作,分几步让量子链一端的信息传递到另一端,从而利用量子博弈理论为任意态量子信息的传输提供了一套全新的分步式方案,并且由于量子博弈不受经典操作的影响,所以在本方案信息传输的过程中大为降低了经典行为的干扰。

关键词：博弈论量子博弈量子信息传输

基于弱测量和量子测量反转操作下自旋链中的量子态传输

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基于弱测量和量子测量反转操作下自旋链中的量子态传输

作者：刘元元曲阜师范大学

学位级别：硕士

量子信息科学是将量子物理应用于信息科学而形成的一门新兴交叉学科,主要包括量子计算和量子通信,其中量子通信是首先走向实用化的一个研究方向。在量子通信过程中通常伴有参与者之间的信息传输,然而要实现信息的传输合适的载体是必不... 详细信息

量子信息科学是将量子物理应用于信息科学而形成的一门新兴交叉学科,主要包括量子计算和量子通信,其中量子通信是首先走向实用化的一个研究方向。在量子通信过程中通常伴有参与者之间的信息传输,然而要实现信息的传输合适的载体是必不可少的。自旋模型是固体系统的重要模型,它不但能很好地应用于量子态的转换,而且它本身也具有良好的可操控性和丰富的纠缠特性,因此自旋链被认为是实现量子信息传输的最佳载体。长期以来,以自旋链为载体的量子信息传输是量子信息领域中的一个研究热点。本文基于弱测量和量子测量反转操作研究了两比特纠缠态在自旋链中的传输。内容主要包括以下两部分:1.研究了弱测量及量子测量反转操作对一维XX自旋链中量子态)1001(2/1?传输的影响。结果表明:在不同的操作强度下,联合弱测量与量子测量反转操作方案对自旋链的退相干抑制表现出不同程度的积极和消极作用,而量子测量反转操作总是促进量子态的传输。进一步的研究表明,弱测量操作的确阻碍输入态在该自旋系统中传输,并且弱测量操作强度越大,阻碍作用越明显,这一点与前人研究中弱测量操作表现出来的积极作用相反。另外,在热力学极限下,量子测量反转操作对该自旋系统中量子态的传输仍有促进作用,并且对不同的操作强度相应的纠缠转移量及保真度最大值随格点m的分布曲线相互独立。2.利用弱测量操作和量子测量反转操作设计了一个最佳纠缠转移方案,研究了量子态???1100在含DM相互作用的平行自旋链中的传输。结果表明:我们的研究方案可以使得更多量子态在该自旋系统中传输,而且在该方案的作用下不论哪种输入态的传递都可以被概率性地改进。另外,在α较小时,会出现两种不同后操作,并且这两种不同的后操作对应的最佳纠缠转移量有相同的解析式,但是总的成功概率随时间演化规律相反。在热力学极限下,我们的方案对量子态的传输仍起促进作用。最后,我们还研究了DM相互作用对量子态传输的影响,发现DM相互作用可以提高奇数链中的纠缠转移量,但却使得此类链中纠缠转移量最大值随格点m呈对称性分布的特点消失,而在偶数链中DM相互作用对输入态传递的影响相反。在热力学极限下,DM相互作用对纠缠转移量最大值没有影响,不过它提高了纠缠转移的速率。

关键词：量子信息传输自旋链弱测量量子测量反转

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噪声信道下的远程混态制备

量子光学学报 2004年第B9期10卷 7-8页

作者：项国勇李剑喻擘郭光灿中国科学院中国科技大学量子信息重点实验室安徽合肥230026

量子信息过程实际上也就是量子态的制备 ,操作 ,传输的过程。量子隐形传态 (quantumteleporation)给我们提供了一种远程制备量子态的方法。近来 ,远程态制备 (remotestatepreparation)的研究越来越受到人们的关注。它给我们提供了一种... 详细信息

量子信息过程实际上也就是量子态的制备 ,操作 ,传输的过程。量子隐形传态 (quantumteleporation)给我们提供了一种远程制备量子态的方法。近来 ,远程态制备 (remotestatepreparation)的研究越来越受到人们的关注。它给我们提供了一种新的远程制备量子态的方法。与量子隐形传态不同的是 :传送方 (Alice)知道要传送的态 ,并且接收方知道要传送态所处在的系综。我们给出了在两种具体噪声信道 (depolarizinganddephaseing)下的任意量子态的远程制备方案 ,并且给出了噪声信道的参数与态保真度之间的关系以及同一系综下不同态的传送保真度曲线。我们利用自发参量下转换过程产生的双光子纠缠对作为噪声量子信道 ,也就是说在我们的实验中 ,我们只讨论消位相(dephaseing)信道下的远程态制备。

关键词：量子信息噪声信道量子信息传输量子隐形传态

基于超导传输线腔中Cooper对盒的超导量子计算研究

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基于超导传输线腔中Cooper对盒的超导量子计算研究

作者：李军旺国防科学技术大学

学位级别：硕士

近十年来,量子计算以其优越的量子并行处理能力而成为当今物理学研究中发展最为关注的领域之一。将超导量子比特和超导传输线腔结合形成了一个全新的耦合系统进行超导量子计算,吸引了人们的广泛关注,并在理论和实验研究中取得了重要的... 详细信息

近十年来,量子计算以其优越的量子并行处理能力而成为当今物理学研究中发展最为关注的领域之一。将超导量子比特和超导传输线腔结合形成了一个全新的耦合系统进行超导量子计算,吸引了人们的广泛关注,并在理论和实验研究中取得了重要的进展。本文主要针对基于Cooper对盒子与超导传输线腔耦合系统的量子信息传输进行了理论研究。其主要内容具体包括下列三个方面: 回顾了超导量子计算的发展历史,阐述了超导体的Josephson效应、结物理特性以及超导量子干涉仪的应用;介绍了超导电荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特的结构及其工作原理,同时对它们的优缺点进行了简要的概括。针对超导电路腔量子电动力学的基本模型,讨论了超导传输线腔及其LC简化模型,根据LC的量子化模型,对超导传输线腔进行了量子化;概述了超导传输线腔的传输特点,比较了两种不同结构的量子比特与超导传输线腔的耦合系统,介绍了超导传输线腔与超导量子比特的强耦合系统特点。结合Cooper对盒和超导传输线腔的优势,提出利用两个相同的Cooper对盒分别耦合同一超导传输线腔所组成的耦合系统,实现量子信息传输的方案。该耦合系统在外加调制磁通的作用下,两个Cooper对盒量子比特的频率存在一个随时间变化的失谐量,失谐量的变化使得电子在能级间发生了Landau-Zener隧穿。给定初始时刻量子态信息,应用隧穿效应能够在耦合系统中实现量子态的交换,从而完成了量子信息传输,并详细论证了该方案的实验实现的可行性。最后,对未来的工作进行了展望。

关键词：超导量子计算 Josephson效应量子信息传输超导传输线腔 Landau-Zener隧穿

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某些典型量子光学体系中纠缠态的研究

某些典型量子光学体系中纠缠态的研究

作者：乔冕曲阜师范大学

学位级别：硕士

腔量子电动力学(QED)技术提供了一种行之有效处理光与原子相互作用的方法,当前它被认为是实现量子信息很有前途的理论方案之一。对其研究能够揭示特殊条件下光与物质相互作用的物理现象及其内在本质,并且在近年来兴起的量子信息领域内,... 详细信息

腔量子电动力学(QED)技术提供了一种行之有效处理光与原子相互作用的方法,当前它被认为是实现量子信息很有前途的理论方案之一。对其研究能够揭示特殊条件下光与物质相互作用的物理现象及其内在本质,并且在近年来兴起的量子信息领域内,腔QED方案被认为是最有效的量子信息方案之一。量子纠缠不仅作为量子力学中的一个基本概念来区分经典世界和量子世界,而且被认为是量子信息领域一个非常重要的资源。在量子信息学领域,连续变量量子纠缠也是一种非常有用的信息“资源”,在量子隐性传态、量子密码编码、量子密钥分配以及在量子计算的加速、量子纠错、防错等方面都起着关键作用。本论文主要研究了双Jaynes-Cummings模型中的纠缠动力学性质和基于连续变量的量子信息传输。内容包括下面两部分: 1.研究了双JC模型的纠缠动力学,即纠缠的两个原子分别与两个空间上分离的真空腔场进行相互作用。分别讨论了各种子系统之间的纠缠演化以及整体四体纠缠的演化。计算分析表明,在两原子的初始纠缠较小时,空间上分离二体子系统的纠缠可以同时出现纠缠突然死亡现象。而通过对其他三体纠缠的研究发现,此类纠缠在二体纠缠同时消失的区间并不为零,说明原子的初始纠缠转移到了其他形式中去,而无相互作用的子系统的纠缠不会消失,只是以其他形式出现。最后我们研究了整个系统真正四体纠缠的演化,结果表明整个系统的四体纠缠并不是一个常数,而是随着时间转化,说明整个系统在不同的四体纠缠之间转换。 2.主要研究了基于分束器、相位转换器和光子数测量器等线性光学的器件对任意三体纠缠相干态进行量子信息传输的理论方案。该方案的显著点在于用解纠缠的方法和把两体最大纠缠相干态作为量子信道;与其他传输多体纠缠相干态的方案相比较,本文的方案仅仅利用两体最大纠缠相干态作为量子信道,这样降低了实验上的困难。还对提出方案中最小平均保真度进行了详细的分析,在平均光子数为2的情况下,传输任意三体纠缠相干态的最小平均保真度比1仅仅小量级为10的量。

关键词：纠缠腔QED 纠缠相干态量子信息传输