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.

含噪多址量子信道容量定理的求证与应用

含噪多址量子信道的容量研究是实现量子多用户通信的基础。文中利用经典-量子纠缠产生编码定理和量子-量子纠缠产生编码定理求证了含噪多址量子信道容量定理,获得了含噪多址量子信道的经典-量子容量区域和量子-量子容量区域,并将该定理应用到多址量子相位翻转信道中,计算得到量子相位翻转信道的量子-量子容量区域,结果验证了容量定理的有效性,得到量子-量子容量区域是五边形区域。为了计算简便且不失一般性,求证过程考虑采用两输入-单输出信道的含噪多址量子信道模型。

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。

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.