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量子信息学以量子力学的基本原理为基础,利用量子系统的各种特性来进行编码、计算和信息的传输。量子隐形传态、量子态的远程制备和量子密集编码等是量子信息学领域中重要的研究课题。
本文将围绕以下三个方面进行阐述:
1.量子隐形传态方面利用2个二粒子部分纠缠态作为量子信道,实现概率隐形传输四粒子纠缠W态。方案中,发送者Alice首先利用基本的量子逻辑门(控制一非门和Toffoli门)作3次幺正变换和2次Bell基测量,然后接收者Bob通过引入辅助粒子并作适当的幺正变换,就能以一定的成功概率完成四粒子纠缠W态的隐形传输。由量子信道的性质决定了传输的成功概率最大为1。
2.量子态的远程制备方面分别利用2个EPR对和2个二粒子部分纠缠态作为量子信道,实现二粒子一般态的远程制备。方案中,发送者Alice只需进行1次测量,并把测量结果通过经典信道告诉接收者Bob,然后Bob根据Alice的测量结果,实行适当的幺正操作,就能获得Alice要远程制备的量子态。由量子信道的性质决定了总的成功概率最大为50%。同时计算了所需的经典信息量,与量子隐形传态相比,本方案节约了经典资源。
3.量子密集编码方面分别利用三粒子最大纠缠态和非最大纠缠态作为量子信道,实现三方之间通信的概率密集编码方案。方案中,发送方通过引入辅助粒子和进行适当的幺正操作,量子密集编码以一定概率实现,同时计算了该方案的信息平均传输效率,并将其推广到三粒子任意能级非最大纠缠态的情形。