量子克隆的實驗研究.pdf

1、量子信息學是量子力學與信息科學相結合的一門新興交叉科學。同經典計算機相比，量子計算機在一些方面具有獨特的優(yōu)勢，例如可以有效解決某些對于經典計算機來說屬于難解完全類的問題，以及可以較容易的模擬量子系統(tǒng)的行為。由于量子信息與量子計算所存在的巨大應用潛力，因而激發(fā)了研究者對此研究領域的極大興趣同時也引起各國政府、科學界和信息產業(yè)界的高度重視。 1982年，Wootters和Zurek提出了量子不可克隆定理，證明對于一個完全未知的量子態(tài)

2、進行精確的克隆是不可行的。這條定理的提出奠定了量子安全密鑰分配方案的理論基礎，從而也引起眾多科學家對于量子克隆領域深入研究的興趣。到1996年，Buzek和Hillery提出近似克隆機的理論模型，更引發(fā)了對于量子克隆理論和實驗方面研究的熱潮。由于量子克隆操作對于量子態(tài)的精密操控有著較高的要求，在實際的實驗中需要對脆弱的量子體系進行相干操作和控制，因此要建立一種能夠滿足要求的量子克隆機是非常困難的。從現(xiàn)有的實驗方案來看，液體核磁共振(Nu

3、clear Magnetic Resonance)技術是目前最為成功的量予信息處理手段之一。利用核磁共振系統(tǒng)成熟的技術條件，在量子克隆領域做一些相關的研究工作，特別是此過程中積累的豐富的量子相干控制技術，為量子克隆機乃至下一代的量子計算機的發(fā)展提供可借鑒的經驗，同時也將增進我們對實際量子信息過程以及它的強大功能的理解。這也正是我選用液態(tài)NMR技術實驗實現(xiàn)量子克隆機做為博士論文研究主題的重要原因。本論文在核磁共振系統(tǒng)中實現(xiàn)量子克隆機的實驗

4、研究中取得以下幾個方面的研究成果： 1.實驗實現(xiàn)1→2的非對稱phase-covariant量子克隆機作為近似克隆的一種，非對稱克隆可以實現(xiàn)信息量在輸入態(tài)和克隆拷貝間直接的傳輸控制?？寺B(tài)的保真度以及克隆過程對于初始態(tài)的破壞都依賴于控制參數(shù)的調節(jié)：即如果我們提高克隆態(tài)的保真度，那么同時對于初始態(tài)的破壞也會增加。這種信息交換關系決定了竊聽者可以從一個有著一定誤差率的信道中最多可以獲取多少信息。在此論文中，我們構建了可以實現(xiàn)最佳1→

5、2的非對稱phase-covariant量子克隆的量子邏輯網絡?？寺∵^程在NMR系統(tǒng)中通過使用核自旋作為量子比特實驗實現(xiàn)并同時證明了輸出態(tài)的保真度之間關系。實驗中，我們設計了循環(huán)路徑得到幾何相門實現(xiàn)克隆過程。這種幾何相門已被證明對于系統(tǒng)的一些隨機擾動具有抵抗作用從而可以提高實驗的保真度。 2.實驗實現(xiàn)1→2的概率克隆機量子克隆可以分為兩大類：近似克隆和概率克隆。近似克隆以1的概率得到量子態(tài)的近似拷貝，而概率克隆則以小于1的概率得