基于3种信道的量子相干动态不确定性关系研究

为探究去极化信道、比特相位翻转信道、相位阻尼信道这3种信道对量子态相干性的影响,首先基于两组规范正交基,推导出了初始态和经过这些信道后输出态的l1范数相干和的解析表达式,并研究了量子相干和在不同信道下的动态变化.研究表明,在量子信息传输过程中,可以通过改善信道环境提升量子态的相干和的表现.该结果可为量子信息处理和量子通信领域的研究提供参考.

纠缠比特在不同噪声环境和信道下演化规律的实验研究

量子信息技术主要基于量子纠缠,量子纠缠源作为重要的相干叠加态,其相干性很容易受到环境的影响而变得非常脆弱,甚至导致量子信息处理的失败.因此,全面揭示不同噪声环境和不同噪声信道下量子纠缠源演化规律,进而探寻抑制退相干的方法就显得至关重要.本文以量子信息最基本的单元-两比特纠缠对作为研究对象,实验上利用线性光学系统模拟了比特翻转和相移噪声(集体和非集体),研究了纠缠源在不同噪声环境及单、双和混合噪声信道下保真度的变化规律.实验结果表明:对同一种噪声类型,当纠缠比特经过双通道噪声环境时,其纠缠特性破坏得快;当纠缠比特经过非集体环境时,其纠缠特性消失得快.对不同噪声类型比较,结果表明比特翻转噪声相对于相移噪声更容易破坏纠缠特性.所得结论对纠缠退相干的理论和实验研究具有重要的借鉴意义,同时对基于非线性光学系统的量子信息处理技术具有重要的应用价值.

冰水混合云对量子卫星通信性能的影响

根据冰-水混合云中冰晶和水滴粒子的谱分布函数及消光因子,得到冰-水混合云的冰水含量比例与量子卫星通信信道之间的衰减关系;针对比特翻转信道和退极化信道,分别建立冰水含量比例与信道容量、信道保真度之间的方程;分析了冰水含量比例对信道建立速率的影响.仿真结果表明:当冰水含量比例分别为1∶2和1∶9时,比特翻转信道、退极化信道的容量分别为0.65和0.92、0.59和0.95;当信源字符的概率为0.9时,比特翻转信道、退极化信道的保真度分别为0.60和0.83、0.89和0.95;当传输距离为2km,纠缠粒子对保真度为0.8时,信道建立速率分别为7.40 Hz和15.57 Hz.因此,当量子卫星信号出现较大衰减时,应根据冰-水混合云的冰水含量比例,自适应调整量子卫星通信系统的各项参量,以提高量子卫星通信的可靠性.

噪声信道下的盲量子计算

盲量子计算(Blind Quantum Computation,BQC)区别于传统的量子计算(Quantum Metrology),它将客户端的计算任务通过量子信道委托给服务器端完成,解放客户端的计算压力,这就要求在信道的传输过程中,量子尽量精确传输。由于量子信道的噪声问题,理想情况下的无噪传输协议是不可能实现的,需要使用量子纠错码(Quantum Error-Correcting Code,QECC)来纠正由噪声信道引起的量子比特翻转和量子相位翻转错误。在盲量子计算协议的基础上,文中针对噪声比特翻转信道和噪声相位翻转信道分别设计抗噪声的盲量子计算协议,客户端通过不同的方式编码量子比特,利用编码后的量子比特传输量子信息给服务器,服务器利用量子纠错码恢复正确的量子信息与客户端完成盲量子计算。协议分析表明,文中提出的两个盲量子计算协议分别在量子比特翻转和量子相位翻转噪声信道中,通过纠错计算达到了盲量子计算协议对于量子尽量精确传输的要求,并且不改变盲量子计算的正确性和盲特性,不会降低量子计算的无条件安全性。最后展望所提协议可以适用于其他量子纠错码。

光学量子噪声模拟与测量实验研究

光学量子纠缠系统是实现量子信息处理的重要系统之一。纠缠系统与量子噪声不可避免的耦合作用会导致量子信息处理过程的失败,因此研究量子噪声对纠缠系统的影响并得到相应的实验规律非常重要。理论上给出了光学典型量子噪声的性质及物理算符表示,实验上采用不同的光学器件或器件组合成功模拟实现了各种典型的光量子噪声,以量子比特翻转噪声为例研究了噪声对两比特纠缠系统的影响。结果表明对于两比特纠缠系统,当纠缠源的纠缠度相同时,比特翻转噪声相对于相移噪声更易破坏纠缠相干性,而比特位相翻转噪声破坏纠缠特性的能力介于前两者之间。

水溶性气溶胶对自由空间量子通信性能影响

为了研究水溶性气溶胶对量子通信的影响,本文根据水溶性有机碳(WSOC)的复折射率及Mie散射理论得到其消光效率因子,分析了水溶性气溶胶粒子质量浓度对量子通信链路衰减、信道容量、信道生存函数以及信道误码率的影响并进行了仿真实验。结果表明,当传输距离为8 km,水溶性气溶胶粒子质量浓度分别为1.5μg/m3和6.5μg/m3时,对应的链路衰减、信道容量和信道误码率分别为0.506 d B/km和2.193 dB/km、0.622 bit/s和0.314 bit/s、0.0055和0.0099;当水溶性气溶胶粒子浓度为4μg/m3,传输距离分别为4 km和10 km时,对应的信道容量保真度分别为0.82和0.45。实际进行量子通信时,应根据水溶性气溶胶粒子的浓度来调整各项性能参数以保证通信正常进行。

克服腔QED中比特反转错误的无退相干子空间量子计算

用无退相干子空间的方法抑制集体退相干,实现不受比特反转错误影响的通用量子计算.该方案基于腔电动力学系统,用囚禁于腔中的2个相邻原子编码1个逻辑比特,构造出抑制集体比特反转错误的4维无退相干子空间.通过调节外加光场与腔的耦合,在无退相干子空间中完成了2个非对易的单比特操作和控制相位门,实现了克服集体比特反转错误的通用量子计算。

用基本的两位量子门构造Fredkin门

本文在ＡＢａｒｅｎｃｏ的工作基础上，提出用基本的两位量子门实现Ｆｒｅｄｋｉｎ门的功能。与ＨＦＣｈａｕ的方案相比较，该方案具有结构简单。