多体量子纠缠态1→N远程量子克隆

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当今社会正处于信息大变革时代,信息的处理技术和传递方式正发生着翻天覆地的变化。与此同时,各种各样的问题也层出不穷,其中,信息传递的安全性问题和效率问题尤为重要。由于量子本身独特的性质,新兴的量子信息处理技术在这些问题的解决上具有天然的优势,因此得到了人们越来越多的关注和投入。量子纠缠作为量子信息处理技术的核心资源之一,由于其多体量子系统纠缠的复杂性和与环境耦合的退相干性,使得量子纠缠的研究一直是量子信息的热点问题,对量子通信的发展有着至关重要的意义。本文基于量子隐形传态的基本思想,利用量子信道与经典信道相结合的方法,通过量子纠缠信道构建和量子局域幺正操作,理论上实现了多体量子纠缠态1→N的远程量子克隆,重点研究了远程量子克隆方案,计算了克隆输出的保真度和纠缠度,研究成果有:1.首先研究了四体量子纠缠态1→3远程量子克隆,选取两种适当方案对不同形式的输入态进行克隆,通过构建合适的量子信道,发现本文远程量子克隆方案为普适方案,输入态与输出态的保真度为2/3,输出态的纠缠度为-[(2/3|α|2+1/3|β|2)log2(2/3|α|2+1/3|β|2)+(1/3|α|2+2/3|β|2)log2(1/3|α|2+2/3|β|2)]。2.研究了四体量子纠缠态1→4远程量子克隆,包括远程量子克隆方案设计,以及建立该方案下量子信道,并计算出了克隆输出态保真度和纠缠度。四体量子纠缠态1→4远程量子克隆输出结果保真度不随输入态的未知系数而变化,计算得出其输入态与输出态的保真度为常数2/3,输出态的纠缠度为-[(2/3|α|2+1/3|β|2)log2(2/3|α|2+1/3|β|2)+(1/3|α|2+2/3|β|2)log2(1/3|α|2+2/3|β|2)]。3.尝试推广了四体量子纠缠态1→5远程量子克隆,由于接收者增加,克隆方案变得复杂,量子信道设计变得更为困难。本文以由10个处于纠缠态的粒子作为四体量子纠缠信道,在该信道下,克隆输出态保真度能取得最大值2/3。本文计算了此普适方案下克隆输出态的纠缠度,克隆结果粒子纠缠度较高,当输入态为GHZ态时输出态纠缠度取得最大值1,同时给出了输出态纠缠度随输入态纠缠度变化曲线。本文研究了四体纠缠态远程量子克隆,方案中所建立的量子信道、克隆恢复阶段所采取的逻辑操作,可能对后续更加复杂的量子克隆研究具有参考意义。
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