【摘 要】
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基于事先构建好的量子和经典信息通道,量子隐形传态在不用传送实际物理载体的情况下可以将一未知量子态精确传送到远程的量子比特上。由于它的这种没有经典过程可以实现的神奇特性,量子隐形传态及其相关技术在量子通信和远程量子计算中的资源配置和远程操控中发挥着及其重要的作用。本论文即是从量子隐形传态技术出发,研究了如何利用多量子比特纠缠态实现量子态与量子操作的隐形传送与分享。具体研究内容如下:1.量子操作分享(
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基于事先构建好的量子和经典信息通道,量子隐形传态在不用传送实际物理载体的情况下可以将一未知量子态精确传送到远程的量子比特上。由于它的这种没有经典过程可以实现的神奇特性,量子隐形传态及其相关技术在量子通信和远程量子计算中的资源配置和远程操控中发挥着及其重要的作用。本论文即是从量子隐形传态技术出发,研究了如何利用多量子比特纠缠态实现量子态与量子操作的隐形传送与分享。具体研究内容如下:1.量子操作分享(QOS)研究利用5量子比特GE态、cluster态以及6量子比特AME态,我们分别设计了3个三体量子操作分享(QOS)方案,它们都具有任意性和确定性等特征。与现有文献报道的同类方案相比,我们提出的这些方案经典与量子资源消耗较小、方案的本征效率相对较高、所需要的必要量子操作相对较少。另外,我们还给出了适用于去完成QOS任务的量子信道态的一般纠缠结构,并且给出了三种获取具有这些特殊结构的多量子比特纠缠态的一般方法。2.双向量子操作隐形传送(BQOT)研究结合量子操作传送和双向量子隐形传态的思想,2018年,Zhou Si-Qi等科研人员创造性地提出了双向量子操作隐形传送的概念,但他们随后给出的具体方案却存在严重缺陷。利用8量子比特cluster态作为量子通道,我们提出了第一个真正意义上的双向量子操作隐形传送方案。在该方案中,通信双方可以同时把他们的单量子比特幺正操作作用到对方的一任意未知靶位量子态上。该方案成功的机会是确定的,待传送的量子操作是任意的,可以应用在未来的量子网络中实现双向远程控制。3.双向可控量子隐形传态(BCQST)研究基于5量子比特Brown态,我们提出了一个双向可控量子隐形传态(BCQST)方案。在该方案中,一旦获得了第三方监督者的同意和帮助,两个远程用户可以相互隐形传送给对方一个任意未知的单量子比特目标态。与使用相同量子信道态实现BCQST任务的Chen Yan方案(Int.J.Theor.Phys.,2014,53:1454)相比,我们提出的方案少用了1个两量子比特幺正操作并避免了2个非局域联合操作。这使我们方案中采用的必要量子操作的难度和强度都相对较小,同时执行程序的灵活性也得到了一定的增强。此外,分析和计算表明我们的方案消耗的经典资源更少而内禀效率更高。4.混态下量子态分享(QSTS)研究在量子网络中,由于量子比特被混淆或退相干等原因,多量子比特纠缠纯态可能会演化为混态。作为开创性研究,我们讨论了这种情况下的混态作为量子通道来处理量子信息的可能性,并具体提出了利用一种特定的混态(6量子比特真纠缠纯态中的2个量子比特被混淆衍生而来)来实现一个三体QSTS任务的有效方案。我们对该方案的许多方面都做了具体的分析,包括方案实现的确定性、分享者的对称性、方案的安全性、量子信道的本质作用以及目前在实验上的可行性等。
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