基于环境辅助测量和弱测量的量子纠缠保护

发布时间：2020-07-14 01:20

【摘要】：量子信息学是量子力学与经典信息学相结合而形成的交叉学科,量子纠缠作为其最核心的物理资源,在量子信息处理中有着重要的应用。然而,在实际的信息传输、处理、存储的过程中,量子系统不可避免的会与环境发生相互作用,这就造成了量子纠缠的退化,甚至在某些情况下会发生纠缠突然死亡的现象。因此,保护量子态免受噪声的影响是一个至关重要的问题,在过去的几十年,科学家们已经提出了许多关于纠缠态的保护方案,但是这些方案总是存在或多或少的缺陷。本文基于环境辅助测量和弱测量的理论知识,提出了量子态和量子信息处理协议的保护方案,主要的研究内容如下:(1)在幅值阻尼噪声通道下,我们提出了保护远程量子克隆通道的纠缠度,提高量子远程克隆保真度的方案。通过利用环境辅助测量和弱测量,参与者共享的量子通道的纠缠度能够被概率性的恢复。当弱测量强度与噪声通道的阻尼率相等时,我们能够以一定的概率使远程克隆的保真度恢复到最大值。(2)在广义幅值阻尼噪声通道下,我们提出了基于弱测量和弱测量反转保护GHZ态的方案。通过优化弱测量强度,有效地抑制了由噪声导致的纠缠的退化。结果显示,通过使用最佳的前置和后置弱测量,能显著提高GHZ态的纠缠度,并且纠缠突然死亡的现象能够被延缓。
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413.1
【图文】：

示意图,线性光学,测量方案,示意图

图３．１：实现环境辅助弱测量方案的线性光学示意图。图中表示弱测量反转逡逑过程，ＨＷＰ是半波片，ＰＢＳ是偏振分束器，ＢＰｓ是布鲁斯特角玻璃片，认，认是逡逑单光子探测器逡逑成＾０〉５丨１〉￡邋＋邋＾／１￣＾｜１〉５｜０〉￡（＾邋＝也１巧。接下来，我们将对环境的量子态进逡逑行探测，环境的辅助测量能够利用单光子探测器／＾和０２来实现，如果我们能够探逡逑测到由系统耗散到环境中的激发态，也就是探测器＾＾或／＾发声，此时的量子纠缠逡逑通道不能够被恢复，这时我们将重新构建量子纠缠通道。如果没有激发态被探测逡逑至１Ｊ，参与者能够进一步的通过对量子比特Ｂ和Ｃ执行相应的弱测量反转来逡逑提高纠缠通道的纠缠度。这里，我们定义他们所执行的反转弱测量为逡逑（，＿邋＼逡逑ｖ／Ｔ＾0逡逑Ｍｒｅｖｒ＝逦，３．１３

示意图,保真度,噪声参数,量子

纠缠的突然死亡，但是我们能够利用环境辅助弱测量的方法完美的保护经过噪声逡逑通道的量子态的纠缠度，利用等式（１６）和（１７），我们能够计算出经由保护之逡逑后的量子态的平均保真度，并且在图３．２中展示了平均保真度Ｆ随着噪声强度Ｐ逡逑和反转弱测量强度ｒ的变化，经过计算当ｒ邋＝邋ｐ时，我们能够得到最佳的平均保逡逑真度，同时这也能够在图３．２看出，不论量子态经过多大噪声强度的噪声通道，逡逑我们总是能够选取适当的弱测量强度，使量子纠缠态的保真度达到最大，实现量逡逑子态的完美保护。逡逑为了进一步的阐明我们方案对纠缠态的保护效果，我们计算了用于远程克隆逡逑２１逡逑

示意图,纠缠度,量子通道,噪声参数

逦（３．１９）逡逑２（ｐ２邋＋邋ｐｆ＋邋ｒ２）逦、逦１逡逑根据等式（１９），已经在图３．３展示了量子态的纠缠度是如何随着噪声强度ｐ和逡逑反转弱测量强度ｒ的变化，很明显，当幅值阻尼率与弱测量强度相等时，整个量逡逑子纠缠通道的纠缠度将会达到最大值０．５，也就是，不论量子态经过多大噪声强逡逑度的噪声通道，我们总是能够选取适当的若测量强度，使量子纠缠态的纠缠度达逡逑到最大。逡逑我们的量子态的保护方案并不一定总是成功的，方案的成功概率能够表示成逡逑ＳＰ邋＝邋（１邋－邋ｒ邋—邋ｐ）邋＋邋＾（ｐ２邋＋邋ｒ２邋＋ｐｒ）．逦（３．２０）逡逑ｏ逡逑为了进一步阐明保真度的提高与成功概率之间的关系，在图３．４中选取了几个特逡逑定噪声强度化＝０．１，０．３，０．５，０．８），去观察量子态保护后的平均保真度以及成功概逡逑２２逡逑

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