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多粒子量子态的概率传态和概率控制传态

姜炜星  
【摘要】: 1993年Bennett等科学家首先提出联合量子通道和经典通道实现了单粒子纯态的量子隐形传态,随后迎来了量子隐形传态研究的热潮,获得了大量富有成效的理论和实验的进展。本论文详尽地阐述了与量子隐形传态相关的诸多量子力学的基本概念及性质,回顾了科研工作者们在单粒子态和多粒子态传送方面的贡献,在此基础上分别讨论了Alice和Bob两者之间的多粒子任意量子态的确定性和概率性传态方案,接着对传统的量子隐形传态进行了扩展,将传统的两体传态延伸为网络化的多体参与传态,研究了在多体控制下的三粒子GHZ态的确定性控制传态和网络多体控制下的三粒子W态和N粒子GHZ态的概率控制传态,并对网络多体传态中的两种典型模式量子密钥分配和控制传态进行了分析和比较,最后给出了量子隐形传态令人鼓舞的最新研究进展,并对量子隐形传态令人期待的发展前景进行了展望。 所谓量子隐形传态就是指:将Alice的某个粒子的未知量子态传送到Bob处的另一粒子上,使得这个粒子与原来Alice的粒子处在相同的状态上,这种传送只是粒子信息的传递而不是物质的传递,即传送的只是粒子的状态信息,而粒子本身并没有被传送。海森堡不确定原理和量子不可克隆定理决定了不可能对量子态进行精确的拷贝和完整信息的直接提取,因此Alice需要将原量子态的信息分为经典信息和量子信息两部分,并分别通过经典通道和量子通道传送到Bob处,根据这些信息,Bob在异地构造出原量子态的全貌。在N粒子任意态的两体传态方案中,本文采用相互独立的三粒子GHZ态作为量子通道,对各个粒子采用单独处理的方法,通过N次类似的重复操作,在未引入任何辅助粒子的情况下,成功实现了N粒子任意态的概率性传态,其概率传送的成功概率为PN = 2N∏iN=1| di|2 多体的网络传态方案主要包括量子密钥分配方案和控制传态方案。量子密钥分配方案通过分发给每个异地参与者一定的粒子信息,在所有参与者的协作下实现在其中某一处量子态的恢复。控制传态方案的不同之处在于它是在多体控制下基于纠缠交换的固定的一对一的传送模式。在崇尚通信安全的今天,控制传态方案因其独特的保密性而备受瞩目。在概率控制传送N粒子GHZ纠缠态的方案中,文中通过对各个监控者控制粒子的投影测量来实现控制,接受者Bob根据测量结果中1态出现的奇偶次来判断量子态的存储情况,再进行相应的幺正变换实现态的恢复,不管Bob拥有的粒子处于何种量子态上,本文只要先使用同一个幺正变换U用来实现所有可能塌缩量子态的系数提取,再进行σ变换进行基的调整,就可以成功实现传态。在m体控制下的成功传态的总概率为2 1∏12,当选用最大纠缠通道时,成功传态的总概率为21 ? m。


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