量子态的隐形传送及其量子逻辑电路

论文摘要

本文主要讨论了未知任意量子态隐形传送的基本原理。通过量子纠缠的非局域性，提出了实现任意单粒子、二粒子、三粒子直至n粒子量子态的隐形传送方案，并给出了完成它们的量子逻辑电路。 量子纠缠作为多粒子叠加的基本物理问题，在新兴的量子信息领域有着重要的应用前景，其显著的应用就是未知量子态的隐形传送。本文从量子纠缠的非局域性的讨论出发，给出了两体纠缠的四个正交完备基及其测量方法，从未知量子态的隐形传送的基本原理出发，讨论了单粒子、二粒子、三粒子直至n粒子任意量子态的隐形传送过程，从基本的量子逻辑门讨论出发，对单粒子、二粒子、三粒子直至n粒子任意量子态的隐形传送过程建立了量子逻辑电路，为量子态隐形传送过程的实现提供理论依据。值得一提的是，在讨论二粒子任意量子态的隐形传送时，本文提出了无需引入辅助粒子也能实现概率传态的新方案，这不仅使逻辑电路得以简化，也为进一步的研究指明了方向。 实现量子态隐形传送主要包括三个步骤：即EPR纠缠源的制备，对欲传送的粒子与EPR态中的一个粒子实施联合Bell及测量，以及对EPR态中的第二个粒子执行幺正变换。本文提出了n粒子任意量子态的隐形传送方案，当发送者(Alice)对她所拥有的粒子进行n次联合Bell基测量并将结果通过经典通道告诉接收者(Bob)，Bob对其所拥有的粒子进行相应的幺正变换，即可重建初始量子态，而成功实现量子态隐形传送的概率与量子通道的形式有关，若选取最大纠缠对，成功实现量子态隐形传送的概率为1，即确定性隐形传送：若选取非最大纠缠对时，成功实现量子态隐形传送的概率取决于n个非最大纠缠对中的n个较小系数，即概率性隐形传送。由于环境的影响以及量子系统的退相干，非最大纠缠具有普遍性，因此概率传送更具有实用意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 量子态隐形传送
• 1.2 量子态的隐形传送的量子逻辑电路
• 1.3 本论文的研究目的及主要内容
• 参考文献
• 第二章 量子态的隐形传送
• 2.1 单粒子量子态的隐形传送
• 2.1.1 量子纠缠及Bell基
• 2.1.2 单粒子未知量子态的隐形传送方案
• 2.2 任意二粒子量子态的概率传送
• 2.2.1 以两对部分纠缠态作量子通道的方案
• 2.2.2 以一个EPR对和一个GHZ态作量子通道的方案
• 2.3 任意三粒子量子态的概率传送
• 2.4 任意n粒子量子态的概率传送
• 参考文献
• 第三章 量子逻辑电路原理及其应用
• 3.1 基本量子逻辑门
• 3.1.1 单比特门和两比特门
• 3.1.2 Bell基态产生及其测量的量子逻辑电路
• 3.2 确定性隐形传送的量子逻辑电路
• 3.2.1 单量子比特的隐形传送的量子逻辑电路
• 3.2.2 任意二粒子纠缠态确定性传送的量子逻辑电路
• 3.3 量子态概率传送的量子逻辑电路
• 3.3.1 单粒子量子态概率传送的量子逻辑电路
• 3.3.2 两粒子量子态概率传送的量子逻辑电路
• 3.3.3 三粒子量子态概率传送的量子逻辑电路
• 3.3.4 任意n粒子量子态概率传送的量子逻辑电路
• 参考文献
• 第四章 总结
• 攻读硕士学位期间完成的主要论文
• 致谢