量子纠缠共享研究

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1、量子纠缠共享研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：陈晓导师姓名：李熙涵副教授专业：理论物理学科类别：理学重庆大学物理学院二O一四年四月TheInvestigationofQuantumEntanglementSharingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityToPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofScienceByChenXiaoSupervisedbyAss.Prof.Xi-

2、HanLiSpecialty:TheoreticalPhysicsCollegeofphysicsChongqingUniversityApril2014重庆大学硕士论文中文摘要摘要量子信息学是一门由多门学科交叉而形成的学科，涉及到量子力学、信息科学、密码学等诸多领域，它为通信技术和计算机科学等领域开辟了新的发展途径。量子信息以量子态为信息载体，研究信息的传输和处理，以实现更安全的通信和更高效的计算。在量子信息处理的各个领域中，量子纠缠无疑是最重要的研究对象之一。量子纠缠是量子世界特有的现象，在经

3、典世界中没有对应，同时它是量子信息处理中的核心资源，在量子通信和量子计算中有广泛的应用。在众多量子通信的备选系统中，光子系统被认为是最有发展前景的系统。光子由于其传输速度快，易于传输和容易操控等优点，被认为是量子通信的理想实体。在大部分基于量子纠缠的量子通信方案中，通信双方都需要事先共享一对纯的最大纠缠光子对，一般选择以光子的极化自由度为信息载体。然而光子的极化自由度容易受到实际环境噪声的影响，在传输的过程中纠缠光子对会不可避免地与环境发生相互作用而导致退相干，使纠缠态的纯度和纠缠度降低，从而进一

4、步影响量子通信方案的效率和安全性。目前研究者们已经有很多的方案来解决这一问题，如量子纠错码、量子避错传输、纠缠纯化和纠缠浓缩等等。在本论文中，我们也就噪声条件下的远距离纠缠共享这一课题进行了研究，提出了相应的解决方案。首先我们提出了一个基于投影测量的超纠缠浓缩方案。超纠缠态是近年来新兴的信息载体，同时在多个自由度上纠缠的量子态可以携带更多的信息，在量子信息处理中有很好的应用前景。我们提出的针对极化和空间自由度超纠缠态的浓缩方案对于远距离的超纠缠态共享有着非常重要的意义。此外我们还提出了一个在噪声信

5、道下多粒子极化纠缠分发方案。在现有的量子通信方案中，人们大多是有讨论的是两体贝尔态的纠缠共享，涉及到多体纠缠的也主要是GHZ态，对于多粒子W态的关注很少。W态也是一种非常重要的量子资源，在量子通信中有很多重要的应用。因此在本论文中，我们提出了针对W态纠缠分发方案，方案中利用空间自由度辅助极化自由度的W态分发，参与通信的各方可以100%共享保真度为1的W态。相比已有的对抗信道噪声的方案，我们的两个方案考虑了新的纠缠态，基于光子最常用的两个自由度来设计方案，具有很好的理论意义和应用前景。关键词：量子纠

6、缠态共享，超纠缠浓缩，纠缠分发，W态，GHZ态I重庆大学硕士论文英文摘要ABSTRACTQuantuminformationisadisciplineformedbymanysubjectslikequantummechanics,informationscienceandcryptographyandsoon.Itopensupanewwaytothedevelopmentofcommunicationtechnologyandcomputerscience.Quantumstateworksa

7、sinformationcarrierofquantuminformation,whichresearchingthetransmissionandprocessingofinformation,inordertoachievesafercommunicationandmoreefficientcomputation.Amongallthefieldsofquantuminformationprocessing,quantumentanglementisundoubtedlyoneofthemos

8、timportantresearchobject.Quantumentanglementisauniquephenomenoninthequantumworld,withoutcounterpartintheclassicalworld.Atthesametimeitisthecoreresourceofquantuminformationprocessing,whichhasbeenwidelyusedinquantumcommunicationandquantumcomputa