基于量子测量反馈控制的纠缠态制备与纠缠态应用研究
本文选题:量子反馈控制 + 量子纠缠资源 ; 参考:《国防科学技术大学》2016年博士论文
【摘要】:量子控制是量子物理与控制科学交叉形成的新兴学科,旨在从控制论的角度研究量子效应系统的演化及其调控问题。量子反馈控制,作为量子控制理论的重要组成部分,已经吸引了国内外研究人员从多角度开展相关研究,并在理论与实验方面均取得了令人瞩目的成果。基于量子测量反馈控制的纠缠态制备与纠缠态应用问题,是量子控制中的重要研究课题,为人们利用量子纠缠资源来提高信息处理能力提供了广阔的空间。本文从量子反馈控制的角度出发,以典型量子纠缠资源为对象,研究了典型量子纠缠态的制备与应用问题。主要内容可归纳为以下四个方面:1)针对量子反馈控制的理论与实验成果,对量子测量反馈控制进行了研究。分析了量子计数探测与零拍测量这两种典型连续弱测量方式,从测量方式、控制方法以及应用范围等角度,探讨了马尔科夫反馈控制模型与贝叶斯反馈控制模型,对两种控制模型进行了比较研究。2)基于量子测量反馈控制机理,提出了确定性制备量子纠缠态的方法。结合腔量子动力学系统,从实际物理模型出发,建立相应的量子控制模型,设计反馈控制策略,实现典型对称多粒子Dicke态的确定性制备,并且结合具体的数值实例,仿真验证了所提出的控制方法的有效性以及所得结论的正确性。3)利用不同条件的量子纠缠资源,提出了相应的概率量子隐形传态方案。根据发送方与接收方所拥有纠缠资源的信息特点,通过引入辅助粒子与构造特殊形式的酉变换矩阵,在仅发送方掌握纠缠信息或发送方与接受方共同掌握纠缠信息的条件下,实现量子态传输任务。同时,利用腔量子动力学系统,对所提方案的物理可实现问题进行了详细研究。4)根据量子纠缠通道的结构特点,提出了相应的概率量子远程态制备方案。分析了量子远程态制备与隐形传态的异同点,根据发送方与接收方之间的纠缠资源信息结构,研究了如何在仅发送方掌握纠缠信息或发送方与接受方共同掌握纠缠信息的条件下,实现量子远程态制备方案。同时,从成功概率与经典信息代价方面,对所提出的量子态制备方案进行了分析。本文在分析量子控制理论与实验研究现状的基础上,结合现有量子测量反馈控制的研究成果,开展了量子纠缠态确定性地制备和纠缠资源应用问题的研究工作,拓宽了量子控制理论与纠缠资源的研究范围。
[Abstract]:Quantum control is a newly emerging subject of quantum physics and control science. It aims to study the evolution and regulation of quantum effect system from the perspective of cybernetics. Quantum feedback control, as an important component of quantum control theory, has attracted the research of people at home and abroad from many angles and in theory and reality The problem of entanglement state and entanglement state application based on quantum measurement feedback control is an important research topic in quantum control. It provides a broad space for people to use quantum entanglement resources to improve the ability of information processing. From the perspective of quantum feedback control, this paper is based on typical quantum. The preparation and application of entangled resources are studied. The main contents can be summed up in the following four aspects: 1) according to the theoretical and experimental results of quantum feedback control, the feedback control of quantum measurement is studied. The two typical continuous weak measurement methods, quantum counting detection and zero beat measurement, are analyzed. The Markov feedback control model and Bayesian feedback control model are discussed in terms of quantity mode, control method and application range. The two control models are compared and studied.2) based on the quantum feedback control mechanism, a deterministic method for preparing quantum entanglement state is proposed. On the basis of the model, the corresponding quantum control model is established and the feedback control strategy is designed to realize the deterministic preparation of the typical symmetric multi particle Dicke state. The validity of the proposed control method and the correctness of the obtained conclusion are verified by the simulation of the specific numerical examples. The corresponding quantum entanglement resources are presented by using the different conditions of quantum entanglement resources. Based on the information characteristics of the entangled resources owned by the sender and the recipient, by introducing the auxiliary particles and constructing a special form of unitary transformation matrix, the quantum state transmission task is realized under the entangled information of the sender and the sender and the receiver to master the entanglement information. Based on the structure characteristics of the quantum entanglement channel, the corresponding quantum remote state preparation scheme is proposed based on the structure characteristics of the quantum entanglement channel. The similarities and differences between the preparation of the quantum remote state and the teleportation of the teleportation are analyzed, and the entanglement resource information structure between the transmitter and the receiver is analyzed, according to the structure characteristics of the quantum entanglement channel,.4. This paper studies how to realize the scheme of quantum remote state preparation under the condition that only the sender grasps the entanglement information or the sender and the receiver master the entangled information together. At the same time, the proposed quantum state preparation scheme is analyzed from the success probability and the classic information cost. This paper analyzes the current situation of quantum control theory and experimental research. On the basis of the research results of the current quantum measurement feedback control, the research work on the deterministic preparation of quantum entangled states and the application of entangled resources has been carried out, and the research scope of quantum control theory and entanglement resources is widened.
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O413;O231
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,本文编号:1800829
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