二十世纪八十年代以后发展起来的量子信息学是量子力学和信息科学结合的产物，量子信息理论可以解决许多经典信息所不能够完成的信息处理功能。经过20多年的发展，人们已取得了一系列重要突破，使得该学科已成为当前国际前沿热点课题之一。在量子信息领域，囚禁离子系统被认为是实现量子信息处理乃至量子计算机最有前景的物理体系之一，随着激光冷却及相关实验技术的发展，使得囚禁离子系统及应用研究蓬勃发展，成为实现量子信息处理研究的热点课题。本文研究运用囚禁离子系统进行量子信息处理。全文分为五章。第一章简要介绍离子阱中囚禁离子系统的物理基础以及量子信息的基础理论，成为以后几章工作的理论基础。第二章研究行波激光场中在不考虑Lamb-Dicke极限情形下，囚禁离子系统中离子的压缩效应及其非经典性质。研究发现行波场中非Lamb-Dicke极限下，囚禁离子所用激光的边带数k、Lamb-Dicke参数η和离子质心振动声子态的初始参数对离子压缩效应有较大影响。第三章介绍了量子隐形传态的基本原理和步骤，研究在囚禁离子系统中利用纠缠交换实现遥远离子的纠缠浓缩以及利用浓缩得到的最大纠缠态作为通道实现量子隐形传态。具体提出了实现四粒子的纠缠浓缩和两粒子的量子隐形传态方案，在构建量子通道的过程中采用纠缠交换，这样避免了由于粒子分配引起的退纠缠，该方案的另一特点是所运用的是离子与场的大失谐相互作用，使得该方案对热振动模不敏感。第四章介绍了量子密集编码的基本原理和研究现状，在此基础上研究了利用囚禁离子系统进行量子密集编码，这一方案中量子通道对环境不敏感且不需要进行人们常用的Bell基测量，成功几率为1.0。第二，三和四章是本工作的主要创新之处。第五章我们对本文的工作进行了简要的总结，并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。
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