收藏本站
《安徽大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

噪声量子操作的纠缠特性及其质量刻画

孔凡震  
【摘要】:近年来,由于量子态的纠缠特性在量子信息处理领域发挥着越来越重要的作用,大量的理论工作致力于研究量子态的性质和操控技术并且已经取得了丰硕的成果,这些成果已经被应用到诸如量子计算、量子测量以及量子通信等领域。量子纠缠态已逐渐成为一种不可或缺的物理资源,而这种物理资源往往需要借助非局域的量子操作来产生,这说明研究量子操作与纠缠相关的特性与研究量子纠缠态同等重要。人们已经对量子操作的纠缠特性展开了广泛深入的研究,给出了量子操作的纠缠特性的一些解析描述,但是这些研究仅是针对理想幺正量子操作开展的,并没有考虑环境噪声对量子操作纠缠特性的影响,也就是说,噪声对量子操作纠缠特性的影响机制尚不明确。而且由于量子系统不可避免地会和环境发生相互作用,依靠量子系统间相互作用实现的量子操作的执行质量自然也会受到环境影响,怎样刻画量子操作的执行质量也是人们关注的问题。为了刻画量子操作的执行质量,目前人们已经定义了量子操作的平均纯度与平均保真度的概念,这些概念是对量子操作的所有可能输入纯态求平均的结果。然而,量子操作相对量子态也是一个独立的概念,只有不借助量子态定义量子操作的纯度与保真度的概念,才能从本质上准确刻画量子操作的质量。另外,量子信息处理过程经常需要利用非局域量子操作改变量子态的纠缠,而量子操作的纠缠特性可能关乎量子信息处理过程的效率,因此有必要研究不同纠缠特性的量子操作在量子信息应用领域所发挥的作用,从而为量子信息处理过程匹配最合适的量子操作。本文在对么正量子操作的纠缠特性的现有度量方法进行分析的基础上,拓展研究了更一般的非幺正噪声量子操作的纠缠能力与算符纠缠,并定义了刻画噪声对量子操作执行质量的影响的新方法,给出了联合幺正量子操作的纠缠能力与量子通道参数在标准纠缠浓缩与纯化过程中的最优匹配关系。所做的主要工作如下:1.提出了一种计算非幺正噪声量子操作的算符纠缠与纠缠能力的方法。通过把描述噪声操作(演化)的Kraus算子分解为Pauli矩阵直积和的形式,导出了一般非么正噪声量子操作的算符纠缠的解析表达式。借助Kraus算子将量子操作的纠缠能力的定义从么正操作情况推广到了噪声非么正操作情况,导出了一般非幺正量子操作的纠缠能力的解析表达式。为了展示这种方法的有效性,以两比特系统为例,研究了纯相位阻尼噪声的算符纠缠和纠缠能力,结果显示纯相位阻尼噪声也有纠缠能力与算符纠缠,它们均随时间呈指数增长并且逐渐接近它们各自的上限。另外,当在相位阻尼噪声环境里执行理想幺正操作(以iSWAP量子门与控制Z量子门为例)时,该理想么正操作就变成了一个噪声非幺正操作,其纠缠能力将随着相位阻尼噪声强度的增加而呈指数增加,但是理想操作的算符纠缠却不受相位阻尼噪声的影响。鉴于此,算符纠缠比纠缠能力更能反映量子操作自身的内在性质。2.给出了一种不依赖量子态的量子操作保真度和纯度的定义。目前已有的量子操作的纯度与保真度是对所有可能的输入纯态求平均的结果,也就是说,他们是依赖量子态的。在本文中,密度矩阵的表示形式由量子态拓展到了量子操作层面。基于量子操作的该密度矩阵表示,我们提出了一种计算任意噪声量子操作算符纠缠的新方法,给出了一种不依赖量子态的量子操作保真度和纯度的定义。相比原有依赖量子态的定义,不依赖量子态的这种定义能更好地反映量子操作的内在物理性质。例如,当阻尼常数是1的时候,单比特振幅阻尼通道的纯度是1/2,这很好地符合了该量子通道仍由两个Kraus算子描述的物理实际。但是,这时依赖量子态的Haar平均纯度却等于1。因此,不依赖量子态的量子操作的纯度与保真度能帮助实验学者更准确地量化量子操作的执行质量。另外,借助建立在正交算符基上的量子操作的密度矩阵表示,给出了一种更容易理解的计算一般量子操作的算符纠缠的新方法。3.研究了联合量子操作的纠缠特性在量子纠缠浓缩和纠缠纯化过程中的作用,并找到了其中的最优匹配关系。双边控制非操作在标准纠缠纯化过程中发挥了重要作用,但是控制非操作可能不是使输出纠缠最大的最优操作。在本文中,采用一般联合幺正操作代替了标准纠缠浓缩与纠缠纯化方案中的控制非操作,找到了联合幺正操作的纠缠能力与非最大纠缠通道之间的最优匹配关系,当二者满足这个最优匹配关系时,纠缠增量或者输出纠缠将达到最大。关于纠缠浓缩的结果是出乎预料的,当联合幺正操作的纠缠能力与量子通道满足某一关系时,纠缠浓缩过程的输出纠缠就能够达到最大。因此,存在一些纠缠能力并不是最大的联合操作可使输出纠缠最大,这极大地拓宽了纠缠浓缩过程中可供选择的潜在联合操作的种类。另外,在纠缠纯化过程中,只有借助纠缠能力最大的联合幺正操作(包括控制非操作)才能使纠缠增量达到最大。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O413

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 卢道明;;原子-腔-光纤复合系统中的纠缠特性(英文)[J];光子学报;2011年09期
2 郭占昌;郭娟;翟泽辉;;Ⅰ类倍频中的双色连续变量纠缠特性分析[J];测试技术学报;2012年06期
3 靳铁良;周本东;;电子-空穴对在势垒隧穿中的纠缠特性分析[J];大学物理;2008年07期
4 靳铁良;;电子-空穴对在势垒隧穿中的纠缠特性分析[J];许昌学院学报;2007年05期
5 卢道明;;原子测量对耦合腔系统中纠缠特性的影响[J];光学学报;2011年07期
6 吴道永;;原子与光纤耦合腔相互作用系统中的纠缠特性[J];量子光学学报;2012年02期
7 王琪;王晓茜;;一维倾斜场伊辛模型中的纠缠特性[J];物理学报;2013年22期
8 卢道明;;三Jaynes-Cummings模型中原子的纠缠特性[J];光电子.激光;2013年01期
9 卢道明;;选择原子测量对原子与光场纠缠特性的影响[J];光学技术;2011年01期
10 卢道明;;三个耦合腔系统中的纠缠特性[J];物理学报;2012年15期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 翟泽辉;王少凯;李永明;王海波;郜江瑞;谢常德;彭堃墀;;二次谐波过程反射场的纠缠特性研究[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年
2 翟泽辉;邹宏新;张俊香;郜江瑞;;三共振Ⅱ类倍频过程中基频场的纠缠特性研究[A];第十一届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2004年
3 何文平;李福利;;级联非简并光学参量发大器输出场的纠缠特性[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年
4 王东;商娅娜;闫智辉;王文哲;贾晓军;谢常德;彭堃墀;;阈值以上NOPO输出场的纠缠特性研究[A];第十三届全国量子光学学术报告会论文摘要集[C];2008年
5 谭华堂;李高翔;;双模压缩态在关联库中的纠缠特性[A];第十一届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孔凡震;噪声量子操作的纠缠特性及其质量刻画[D];安徽大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张春强;运动二能级原子与光场纠缠特性的研究[D];江西师范大学;2007年
2 李燕丽;原子与光场共振拉曼相互作用中的纠缠特性[D];天津大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026