量子隐形传态简介.doc

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1、量子光学与量子信息导论结题报告量子隐形传态简介摘要量子隐形传态是量子信息理论的重要组成部分，也是量子计算的基础。本文主要介绍了量子隐形传态的基本理论以及最新研究进展。关键词量子隐形传态EPR效应Bell基1背景介绍早期提出的隐形传态（teleportation），即远距隐形传物，就是利用一种超自然的力量或现代科学技术手段，以最快捷的方式将一个物体从发送者所在处传送到空间远距离的接收者另一处。在经典物理中，这看起来似乎可行，因为我们传送一个物体就是传送组成它的全部经典物理特征，只要能提取原物的所有信息，并以不超越光速极限的速度将它们传至遥远的接收地点，用于重新组装该物体，即用获得的信息

2、将与被传送客体完全相同的复制品重构出来，就可完成经典客体的隐形传物。但在量子力学中，海森伯不确定关系限制对物体（量子体系）的所有物理量进行精确测量，因而提取一个物体的所有信息是不可能的。同时，量子不可克隆定理也指出了对未知量子态无法精确克隆。因此，隐形传态只不过是一种科学幻想而已。1993年，Bennett等四个国家的六位科学家联合在Phys.Rev.Lett.上发表了一篇题为《由经典和EPR通道传送未知量子态》的论文，开创了人们研究量子隐形传态的先河。所谓量子隐形传态，通俗来讲就是：将甲地的某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原出来。因量子力学的不确定原理，限制我们将原量子态的

3、所有信息精确地全部提取出来，因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道送到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。2EPR效应考虑一个由两个粒子A和B（称为EPR对）组成的复合系统，初始时它们的总自旋为零，各自的自旋为1/2，随后两个粒子沿相反方向传输，在空间上分开。若单独测量A（或B）的自旋，则自旋向上（或向下）的可能概率为1/2。但若已测得粒子A自旋向上（或向下），那么粒子B不管测量与否，必然会处在自旋向下（或向上）的本征态上。爱因斯坦等人认为，如果两个粒子分开足够远，对第一个粒子的测量不会影响第二个粒子。EPR佯谬正是基于这种

4、定域论的观点提出的。爱因斯坦等人对量子测量中的定域性问题作了进一步分析后又明确指出：或者量子力学的描述不完备；或者量子力学不满足定域性的准则。然而，随着量子光学的发展,目前学术界主流的结论是：量子力学是正确的，非局域性是量子力学的基本特性。3Bell基测量每个Bell基态都是双粒子体系最大纠缠态，可用之对任意两粒子态实施正交测量，称为Bell基测量。4基本思想量子隐形传态过程就是允许Alice和Bob之间进行一个未知量子态的传送，为了实现这个隐形传态，Alice和Bob之间必须事先共同分享一个纠缠的量子通道，即EPR粒子对。其基本思想就是将原物的信息分为经典信息和量子信息，它们分别经

5、由经典信道和量子信道传送给接收者，经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息。接收者在获得这两种信息后，就可以制造出原物的完美的复制品。此过程中，原物并未被传给接收者，它始终留在发送者处，被传送的仅仅是原物的量子态，发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的物质单元（如粒子）变换成处于与原物完全相同的量子态，原物的量子态在发送者进行测量及提取经典信息时已遭破坏。量子隐形传态的基本原理，就是对待传送的未知量子态与EPR对的其中一个粒子施行联合Bell基测量，由于EPR对的量子非局域关联特性，此时未知态的全部量子信息将会转移到EPR对的

6、第二个粒子上，只要根据经典通道传送的Bell基测量结果，对EPR的第二个粒子的量子态施行适当的幺正变换，就可使这个粒子处于与待传送的未知态完全相同的量子态，从而在EPR的第二个粒子上实现对未知态的重现。5基本过程首先我们可以制备粒子1，让它处于一个未知的量子态：

7、Φ>1是开始Alice要传递给Bob的量子态，但粒子1始终要留在Alice这里。（1）量子通道的建立，即EPR源的制备过程。为了传送量子位，除粒子1外，还需要另外两个粒子，我们称之为粒子2和粒子3，粒子2和粒子3必须是关联的。我们可以预先将2和3制备到如下的EPR态上：由粒子1和这个EPR对构成的量子体系的复合波函数，即量子

8、态

9、Φ>123可以写成以下状态:Alice持有粒子2，将粒子3发送给Bob。为了完成隐形传态，Alice必须对粒子1和粒子2进行测量。粒子1和粒子2构成的量子系统可以使用前面的Bell基表示。于是，3个粒子系统的波函数可表示为：（2）将测量结果传给Bob。假设Alice欲将粒子1所处的未知量子态传送给Bob。传送之前，两者之间共享纠缠对。Alice采用能识别Bell基的分析仪对粒子1和她拥有的EPR粒子2进行联合测量（BS），测量的结果将出现在四种可能的量