基于C-GHZ态纠缠浓缩和逻辑量子门设计研究

发布时间：2020-11-01 12:32

　　 量子力学是20世纪物理学最重要的发现之一,它和相对论共同构成了近代物理学的主要基础理论。在科研工作者的不懈努力下,量子力学飞速发展。时至今日,采用量子力学基本原理进行的量子信息领域的相关研究已经取得了可喜的进展。许许多多的研究成果已经在实验条件下得到验证。目前,量子信息的相关研究主要包括量子计算和量子通信两个领域。其中,量子通信的经典方案有:量子隐形传态,量子安全直接通信,量子密钥分发,量子秘密共享等。而量子计算包含量子算法和相关硬件设备的研究,如:Shor算法和Grover算法和各种量子逻辑门等。但是,不论是量子通信还是量子计算都不可避免的会受到外界环境的干扰而使系统中的量子态发生退相干现象。其中,为了解决量子通信中噪声引发的问题,量子态的逻辑编码和纠缠纯化与浓缩方案应运而生。逻辑编码主要用于对量子态的纠错。而纠缠纯化是为了解决量子态严重退相干变为混合态的情况,纠缠浓缩是为了解决量子态退相干为非最大纠缠态的情况。因此,为了增强方案的抗干扰能力,逻辑编码成为了一种不错的备选方案。采用级联Greenberger-Horne-Zeilinger(C-GHZ)态为基础进行各种通信方案设计是其中一种比较常用的方式。C-GHZ态是一种由许多物理量子比特构成的逻辑量子比特纠缠态,这种纠缠态相比于普通量子态具有强的抗干扰能力,并且其效果已经在实验中得到了证实。我们的研究都是针对这种编码逻辑比特展开的。本文第一项研究就是基于电子系统C-GHZ态的纠缠浓缩方案研究。为了完成对该方案设计,我们首先采用电荷探测器构造了P门。然后从最简单C-GHZ结构开始,对由这种逻辑比特构成的纠缠态进行浓缩,逐步推广到针对电子构成的任意C-GHZ态的浓缩方案,并且通过对浓缩结果的二次利用可以不断提高浓缩成功概率。另一方面,因为级联GHZ态构造的逻辑比特在量子信息处理中带来的抗丢失性能是显而易见的。因此,它在量子容错计算和分布式网络中都有很大的应用前景。最新的研究表明,采用级联GHZ为单位构造的编码逻辑量子比特可以有效的防止光子丢失的问题。因此,我们针对一种由这种C-GHZ为单位构造的编码逻辑量子比特设计了基本的操作门,包括单比特的相位翻转门和比特翻转门,以及两比特的控制非门。采用这些逻辑门可以有效的对量子电路进行比特操作。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN918;O413
【部分图文】：

图 2.1 线性光学条件下的贝尔态测量纠缠光子对同时从两个入口 1 和 2 同时进入光个极化分束器的作用，最后到达四个测量装置的两个光子处于哪种纠缠贝尔态。下面通过公为： 1212-12121212-121201-102101102100-1121001121 ，，后上述量子态分别变成下面的结果： 33334444-333344440110100110011210011001121

康脑黾樱??梢允迪指?叩谋炊??治龀晒Ω怕省Ｍ?2.2 量子隐形传态原理图2.2.2 量子密集编码量子纠缠的另外一个经典应用就是量子密集编码。量子密集编码协议是一种在通信双方Alice 和 Bob 传递一个粒子却可以达到两比特信息交互目的的通信方案。此方案最早是由Bennett 和 Wiesner 共同提出。下面我们将会简单描述密集编码的通信方案。首先，Alice 和Bob 共享一对 EPR 纠缠：

图 2.3 量子密集编码原理图通信方案可以在理论上实现绝对安全。QSDC 对后来许许多多的通信方案提供这方面的研究数不胜数。目前，量子安全直接通信已经开始进入试验阶段，并的将来取得更大的进展。本的量子逻辑门计算研究的最终目的就是产生可以实现量子计算机。量子计算机的概念最早由家费曼提出，经过不断的研究，IBM 的 David DiVincenzo 于 2000 提出实用的要满足的五大条件：1.可以通过物理级的串联增加量子比特 2.量子比特可以初 3.能实现通用操作门的集合 4.量子门操作的速度要大于量子态的退相干速度 5便读取。而这些条件的实现都依赖于量子逻辑门的作用。因此，下面将简单介量子门，后续章节中我们会采用这里介绍的经典量子门实现逻辑比特量子门的构
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本文编号：2865537