量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠

一、量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠(论文文献综述)

翟爽[1](2021)在《湍流信道中的非经典关联和量子信道容量特性理论研究》文中提出二十一世纪是信息时代,在面对高密度的信息存储、高效率的计算和信息安全等问题的情况下,经典信息领域面临着巨大的挑战,而此时量子信息技术的发展则变得尤为重要。当经典通信领域里面出现一系列不易解决的难题时,量子信息技术则可以提出相应的解决方法。量子计算、量子隐形传态和量子密钥分配等技术的发展,能够有效地保障信息传递的安全性。同时,量子态的叠加特性能够编码及存储更高密度的量子信息,而量子态的相干特性能够使多体量子系统处于量子纠缠态。量子纠缠可以应用于许多信息处理的问题当中,在量子信息科学领域中被当作是一种十分重要的资源。近些年来,人们把目光开始关注在水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)系统中,希望可以找到有利于光束在水下传输的条件和方法。在量子信息理论研究过程中,量子信道容量和量子纠缠作为基本的量子信息资源,在远距离的水下传输过程中,不可避免地会受到海洋湍流的串扰影响从而产生退相干的现象。因此,研究量子信息在海洋湍流中传输的演化过程,得出量子信息资源在海洋湍流不同条件下的传输衰减特性,这对量子信息资源在理论和实际领域中的研究与应用都具有十分重要的意义。结合上述几个部分的内容,本文研究了海洋湍流信道中的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的非经典关联和量子信道容量特性。主要工作内容如下:(1)建立了海洋湍流中OAM单光子特性系统,利用拉盖尔-高斯光束进行理论计算与仿真模拟,得到了不用参数条件下的信道容量和迹距离的变化规律。研究发现,信道容量的减少会随着传播距离、流体的平均平方温度耗散率和温度与盐度的贡献比参数的增加,初始OAM量子数、流体的单位质量动能耗散率和内尺度因子的减小而发生改变。相比之下,迹距离的变化规律虽然与信道容量相反,但其代表的物理意义是一致的,这为水下无线光通信提供了另一种研究方向。(2)建立了海洋湍流中OAM双光子特性系统,利用拉盖尔-高斯光束进行理论计算与仿真模拟,探索了涡旋光束传输过程中量子纠缠和量子相干的变化。结果表明,增大传输距离和等效温度结构参数,减小纯度因子和方位角量子数,都会使量子信息资源传输质量降低。由于量子纠缠会在某一传输距离后突然消失,产生纠缠猝死的现象,而量子的相干性只表现出渐进的衰减特性,不会消失为0,所以它可以更好地展现量子分布情况。最后,观察到一个有趣的现象,存在一个几乎与波长无关的最佳波束宽度可以使量子资源达到最大化。(3)利用量子信道容量和量子迹距离等量子信息资源,讨论了贝塞尔-高斯光束在水下无线光通信中的传输规律。进行模拟仿真后发现:传播距离越短,单位质量动能流体耗散率越高,均方温度耗散率越低,温度-盐度贡献比越小,越可以提高量子信道的通信质量。与以往的经典信道容量研究类似,量子信道容量对内尺度因子和各项异性因子的变化也很敏感。与较少的OAM模式相比,较多的OAM模式增强了光纤光栅的量子通道容量,减少了量子迹距离的衰减。此外,在水下无线光通信中贝塞尔-高斯光束比拉盖尔-高斯光束具有更好的抗湍流稳定性。结论可以证明,量子通道容量的衰减可以通过分配量子叠加态来减缓。这些结果为实际自由空间量子通信系统的设计提供了理论参考。

娄彦博[2](2021)在《基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议》文中提出量子信息科学是一门充满活力的新兴领域,它通过将信息科学技术与量子力学基础理论相结合,利用量子系统独特的属性如:量子叠加、量子不可克隆、量子纠缠等,来进行量子信息的处理。自这个学科诞生以来,很多量子信息协议相继被提出,例如:量子密钥分发,量子隐形传态,量子密集编码等。这些量子信息协议利用量子态进行信息的传递和交换,在运算速度、信息安全、通道容量和探测精度等方面展现出了超越经典信息系统的潜力。近年来,许多量子信息协议已获得实验证实,并开始向着远距离、大容量、高安全性的实用化目标发展。实现量子信息协议的量子系统可以分为分离变量和连续变量两大类。分离变量的本征态具有分离谱结构,连续变量的本征态具有连续谱结构。在分离变量系统中远距离、大容量、高安全性的量子通信已经完成了初步的实验验证。连续变量量子信息系统在此方向的发展相对滞后,但由于连续变量系统具有确定性的制备和转换量子态的优势,近年来引起了较广泛的研究兴趣。本文围绕实用化的量子通信目标,用铷原子系综四波混频过程产生的连续变量量子光源,开展了量子信息协议的实验,得到了以下成果:1、在实验上利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态,结合全光学量子隐形传态协议,实现了并行9通道的确定性多模式量子隐形传态。首先,通过四波混频的空间多模性,在一系列正交的轨道角动量模式上产生并行11组连续变量纠缠。然后利用轨道角动量模式匹配的参量放大器实现了多模式量子态转换。最后,在实验上完成了多模量子隐形传态的验证。2、在实验上利用增益可调参量放大器、分束器和纠缠源构建了一个多功能全光学量子态转换机。通过该全光学量子态转换机实验实现了部分无实体的量子态转换协议,该协议可以连接全光量子隐形传态协议和最优1→N相干态量子克隆协议。因此,这三种具有不同物理本质和功能的协议可以在同一个全光系统中实现。特别是,我们在实验上证明了在相同纠缠强度下,与全光量子隐形传态相比,部分无实体的量子态转换协议可以有效提高态转换保真度。3、在实验上利用基于四波混频过程的参量放大器和光学分束器网络构建了连续变量量子克隆机。通过该克隆机实验实现了连续变量最优N→M相干态量子克隆,并证明了初始态数量的增多和克隆副本数量的降低可以有效提升克隆的保真度。4、在实验上利用基于原子系综四波混频过程的参量放大器构建了一个低噪声相敏放大器,实现了低噪声纠缠光束的强度放大。与常规的相位不敏感放大器相比,相敏放大器在引入相同噪声的情况下可以更好地放大纠缠。因此,该方案可用于在损耗通道中恢复纠缠态的强度信息,对连续变量量子态的远距离传输有着潜在应用。

吴国林[3](2021)在《量子计算及其哲学意义》文中指出量子计算是当代关键的颠覆性核心科学技术,将引领新一轮科技革命和产业革命。量子计算基于当代量子力学和量子信息理论,不同于经典计算。量子计算的基础是量子信息,量子信息具有不可克隆和不能完全删除等性质。量子计算拥有独特的优势:量子存储器有巨大的存储能力、量子计算具有真正的并行性和整体性、某些量子算法具有加速能力。目前,2019年谷歌的53个量子比特的量子计算机、2020年中国科学技术大学的量子计算原型机"九章"显示出更大的量子优势。量子纠缠是微观客体的基本性质,量子信息与量子实在是统一的,量子信息是半量子实在。量子计算突破原有的时间空间限制,具有克服经典复杂性能力。时间和空间具有客观性,但是,它们在不同的技术条件下将会有不同的显示。世界的复杂性是主观与客观的统一。中国要在发展量子科技方面居于世界领先地位,需要有观念和概念的自由创造,必须加强哲学的学习和研究。

赵婧月[4](2021)在《基于量子纠缠的签名方案与多代理签名研究》文中提出数字签名技术作为密码学的一个重要分支,其在信息安全领域有着无可替代的地位,发挥着重要的作用。由于其具有不可伪造、不可否认等性质,数字签名被广泛应用在包含有身份认证,数据完整性检测等要求的相关领域。然而,科技的脚步在快速的前进,基于求解数学难题复杂度的经典数字签名,不仅仅面临着超级计算机的威胁,量子计算机也给数字签名造成了前所未有的危机感。数字签名必须在量子计算机问世之前,找到更安全的设计方法。利用量子比特设计的签名方案是量子力学和经典签名融合而形成的新型学科,可由量子力学特性保证它理论上的无条件安全。在已提出的量子签名方案中,量子纠缠态是被使用最多的资源之一利用纠缠态的纠缠相干性,安全、高效的签名方案能够被设计出来。本文将结合代理签名和多重代理签名的性质,传统的数字签字方案主要依赖于各种数学问题来确保其安全性,但随着科学技术的不断发展,这些传统的数字签字方案很容易受到损害,传统的数字签名技术的安全性受到了严峻的挑战。为了解决传统签名方案带来的负面影响,解决传统签名方案存在的问题,量子密码学理论应运而生。因为它具有无条件的安全特性,从而受到了广大科学研究人员的一致支持,并得到了广泛应用。量子签名技术是用来提高量子数字签名系统的安全性的,并将量子加密与数字签字技术结合起来,设计一系列量子签名协议,这些协议在理论上已经证明具有很强的安全性,可以广泛用于电子商务和其他领域的未来发展。作为一个新出现的跨领域学科,量子签名对我国信息安全领域的发展具有重大意义。本文密切关注使用量子力学知识的量子编码领域的高级材料,并使用不同的方法来设计多种量子代理签名协议,在详细介绍协议的同时,指出了各个量子签名存在的优点及不足之处,并针对现阶段量子签名技术存在的问题,对我国未来信息安全领域的发展进行了展望。

杨帆[5](2021)在《遥感影像像素纠缠理论的研究》文中认为遥感技术是以电磁波为基础研究地球物体的分布及时空变化的一门现代科学观测技术。遥感图像分类是遥感技术的基础,无论是在遥感影像专题制图、土地覆盖分析、数字城市等领域都具有广泛的应用。与此同时,遥感影像分类处理是一个复杂而又难以准确处理的海量数据处理工作流程,会因此受到诸多客观因素的相互影响。如,遥感影像的选择,复杂的地表信息,仍然面临巨大的挑战。量子力学尤其是量子纠缠理论给遥感影像处理开辟了新的视角。因此,本文充分借鉴并总结了量子纠缠理论的一些基本概念及主要基本原理,提出一种自组织像素纠缠神经网络遥感影像分类方法。本文结合量子纠缠的基本概念,原理,围绕实际遥感影像分类技术,对像素纠缠理论进行了研究:(1)本文针对单波段遥感影像分类问题,提出了自组织像素纠缠神经网络单波段遥感影像分类算法。在自组织像素纠缠神经网络(SOQENN)中,首先将遥感影像中的像素点视为在空间阵列上的量子粒子;然后,提出量子纠缠系数,用于获取空间阵列上量子粒子的量子纠缠关系;最后,通过建立自组织神经网络模拟量子粒子之间的量子纠缠行为,将单波段遥感图像分类过程转化为量子像素在状态构形空间上的自组织量子纠缠过程。(2)本文将自组织像素纠缠单波段遥感影像分类算法推广至多波段遥感影像,提出了多光谱量子像素在特征空间上的态叠加原理及自组织像素纠缠神经网络多光谱遥感影像分类算法。首先将单波段遥感影像中的量子像素叠加为一个多光谱量子像素,每一个单波段量子像素视为多波段量子像素的特征向量,从而使得一个多光谱量子像素包含各个波段的量子像素信息。(3)为了验证自组织像素纠缠理论的正确性,SOQENN已用于四个测试区域的遥感影像分类。本文将SOPENN的遥感影像分类结果与非监督分类方法ISODATA、K-Means、SOM及监督分类方法SVM进行了对比分析,本文结果表明:提出的方法分类精度较好,四个测试区的相对准确率分别为97.56%,73.14%,96.45%,91.85%,总体上达到遥感影像分类要求。此外,提出的方法的分类精度除第一个实验区与传统的SOM持平外,其余三个测试区的分类精度均优于传统的SOM;提出的方法在四个试验区的分类精度与ISODATA和K-Means相比分别提高了21.21%,4.88%,11.06%和11.31%。研究结果表明,本文提出的自组织像素纠缠神经网络可以有效提高遥感影像分类精度。

郑一丹[6](2021)在《伊辛-海森堡自旋链中量子纠缠与量子关联的研究》文中研究说明量子纠缠与量子关联是量子理论的重要特性,是当今量子信息科学应用的重要资源。因此,吸引了国内外研究人员的广泛关注。量子信息任务及量子计算方案的实现,需要依托于物理实在,具有实际材料背景的多体体系成为主要研究对象。对多体体系中的量子纠缠与量子关联的研究主要集中于三方面:一,采用量子信息理论中的工具以及方法研究多体系统的性质,利用量子纠缠与量子关联研究量子相变问题是其中的一个研究热点。二,通过调控多体体系中的物理量实现对体系中的量子纠缠与量子关联进行调节。三,研究多体体系的量子纠缠与量子关联的应用。近年来,能反映蓝铜矿(Cu3(CO3)2(OH))晶体材料的结构与性质的无穷长伊辛-海森堡菱形链与能反映异核三金属链[Cu Mn(L)][Fe(bpb)(CN)2].Cl O4.H2O(简称Fe-Mn-Cu)的伊辛-海森堡无穷长支链,引起了研究人员的兴趣。对于伊辛-海森堡菱形链的研究主要集中于其基态性质及其有限温度下热纠缠的研究,而对伊辛-海森堡支链的研究主要集中于其相变情况,磁学性质以及纠缠性质的研究。因此,本文主要通过转移矩阵方法研究具有Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的无穷长伊辛-海森堡菱形链和伊辛-海森堡支链中的量子纠缠以及量子关联描述量子相变情况,以及有限温度下,两种伊辛-海森堡链中的量子纠缠与量子关联随参数的变化情况,最后讨论伊辛-海森堡菱形链以及伊辛-海森堡支链中海森堡二聚物作为量子通道实现量子密集编码以及量子隐形传态情况。本论文的结构及主要研究内容如下:第1章,介绍本文的研究背景。第2章,介绍包括量子纠缠,量子失谐,量子相变,量子隐形传态,量子密集编码等基本概念及本文所使用的研究方法。第3章,研究具有DM相互作用的无穷长伊辛-海森堡菱形链体系基态的情况;采用热量子失谐及形成纠缠度表征量子相变的情况;以及体系中热量子关联随参数的变化情况;最后讨论了体系中海森堡二聚物作为量子通道实现量子密集编码情况。以下是主要研究内容:首先,我们研究了具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的基态情况。我们发现,考虑沿z方向的DM相互作用后,会改变各向异性的相变点,不改变外加磁场以及伊辛-海森堡耦合的相变点。另外,外加磁场强度与各向异性不同时,DM相互作用会诱导不同的相变发生。其次,我们采用热量子失谐(TQD)与形成纠缠度(EOF)来表征有限温度时具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的量子相变点情况。我们发现,一定温度时,伊辛-海森堡菱形链的TQD与EOF及其对应的一阶导能表征体系基态的量子相变点。然后,我们采用热量子失谐与热量子纠缠研究具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链中的热量子关联情况。我们发现,该体系中的热量子失谐与量子纠缠不仅受外界温度的影响,与体系中的DM相互作用强度、各向异性强度以及海森堡耦合等情况也相关。最后,我们采用标准的量子密集编码方案探讨了具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链中海森堡二聚物作为量子通道实现量子密集编码情况。我们发现,温度较低时,该体系的量子密集编码容量及其一阶导可表征体系的量子相变;另外,外界温度的提高会降低密集编码容量,但通过提高系统的各向异性及其DM相互作用可提高密集编码容量。第4章,我们采用标准的量子隐形传态协议传输任意两比特纠缠态,将自旋-1/2无穷长的伊辛-海森堡支链中海森堡二聚物作为量子通道,研究该通道的量子隐形传态情况。我们发现,提高输入态的纠缠度,各向异性可以提高输出态的纠缠度,从而影响量子隐形传态的成效——平均保真度。第5章,我们采用负性纠缠度研究混合自旋-(1/2,5/2,1/2)无穷长的伊辛-海森堡支链中的量子纠缠情况。我们发现,当温度接近零度时,负性纠缠度以及一阶导可表征系统基态的量子相变情况。系统的负性纠缠度与外界温度,磁场强度,伊辛-海森堡耦合强度以及各向异性相关。当系统处于各向同性系统时,随着伊辛-海森堡耦合强度的提高,系统能达到的最大纠缠度逐渐降低,但提高了临界温度。对于较高温度时,一定的磁场强度可促进纠缠度的产生。当磁场强度较大时,会出现纠缠“恢复”现象。随着各向异性的提高。负性纠缠度的变化体现非单调性。论文的最后,我们给出本文研究工作的总结与展望。

张立梅[7](2021)在《量子不确定性关系及多级量子相干研究》文中指出量子不确定性关系和相干性是量子力学区别于经典物理的两个最基本特征,在量子信息学、度量学等方面有着重要的应用.量子不确定性关系及量子相干已有很长的研究历史,如今也依然是物理学领域研究的重要课题.量子不确定性关系是量子世界遵守的最基本法则之一,表征和衡量量子测量结果的不确定性.它在量子信息领域,例如量子纠缠witness、量子随机数产生、量子密钥分布和量子密码学等方面有很多实际的应用.不确定性关系存在不同的表达形式,有基于标准差的不确定关系、基于熵的不确定关系、基于斜信息的不确定关系,也有基于相干的不确定关系.无论是何种形式的不确定性关系,优化其下界都是一个困难的过程,然而确是研究不确定性关系的一个重要课题.另一方面,量子相干源于量子态的叠加原理,是量子干涉、非局域性、量子纠缠等现象的基础.目前,量子相干被认为是一种相对成熟的物理资源,在量子信息处理和一些交叉领域如量子密码学、量子计量学、量子热力学以及量子生物学等方面有着广泛的应用.但现有的文献大多集中在对相干的粗粒化描述上,这最终不足以完全理解量子叠加在上述任务中的基本作用.为了克服这些局限性,我们需要考虑相干叠加中经典态的数目,从而引出了多级相干的概念.揭示多级相干结构可以对物理学的许多领域,诸如统计力学、凝聚态和多体系统上的转化现象等产生切实的影响.因此对多级量子相干的研究具有重要的物理意义.本文主要以量子不确定性关系和多级量子相干为研究内容.对于有限个可观测量和量子信道,我们得到了一些新的基于Wigner-Yanase斜信息的不确定性关系,并且证明这些不确定性关系的下界比现有文献中的下界更优.在多级相干资源理论中,我们研究了资源纯态在自由操作下的转化问题,得到了任意多级相干资源纯态在相干保持操作下相互转化的条件.最后我们还讨论了多体量子系统上纠缠度量k-ME concurrence与负性的关系.全文分为以下四部分:第一章,简单回顾了与本文研究内容相关的一些基本概念,包括数学符号、(约化)密度算子、量子操作以及量子信道等.第二章至第四章为主要研究内容.第二章,研究了有限个可观测量与量子信道的基于Wigner-Yanase斜信息的不确定性关系.我们首先回顾了基于方差和基于熵的不确定性关系.然后,给出了本章的主要结果.利用向量空间的范数不等式,我们得到任意n个厄米算子的基于斜信息的不确定性关系.特别地,对于任意两个不相容可观测量此不确定性关系可以达到饱和(下界可以取到等号).此外,提供了一些例子来说明我们的不确定性关系比现有文献中基于斜信息的不确定性关系更优.最后,对于有限个量子信道,我们给出两种新的基于Wigner-Yanase斜信息的不确定性关系.希望我们的方法可以广泛应用于多个可观测量或信道的不确定性关系的研究.第三章,首先介绍了(标准)量子相干及多级量子相干的资源理论框架.然后,研究了多级相干资源纯态在自由操作下的转化.在多级量子相干资源理论中,设k-相干保持操作(k∈ {1,2,…,d})为自由操作.我们证明任意的两个资源纯态在k-相干保持映射下以非零概率相互转化.此非零概率p与多级相干的鲁棒性和几何度量有关联.在多级相干资源理论中,p可以被有效估计,然而,对于其它资源,如多体纠缠,p很难计算.接着,我们得到两个多级相干纯态经由k-相干保持操作相互转化的条件.此外,我们还证明所有的资源态都不是孤立存在的,即给定资源纯态|Ψ>,总是存在另外一个资源纯态|Φ>,使得|Φ>在某个k-相干保持操作下转化为|Ψ>.最后,我们得到多级相干态(?)在k-相干保持操作下可以转化为任意的多级相干资源态.第四章,主要介绍在量子纠缠度量方面得到的结果.简单回顾量子纠缠之后,我们讨论了多体纠缠度量k-ME concurrence与纠缠度量负性的关系.对于n体量子纯态,n-ME concurrence与全局负性存在等式关系,而对于多体混合量子态n-ME concurrence与全局负性存在不等关系.最后,利用n-ME concurrence与负性的关系,我们计算了一类混合量子态的n-ME concurrence的解析表达式.

王威风[8](2020)在《Einstein-Podolsky-Rosen引导退相干研究》文中研究表明Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)引导是一种介于量子纠缠(quantum entanglement)和贝尔非局域性(Bell nonlocality)之间的量子关联,是量子信息中的重要资源,在量子通信、量子计算和量子密码等诸多领域发挥着无可替代的作用。然而,在现实的量子信息任务中,量子系统与周围环境会不可避免地彼此耦合,这将导致系统的量子非局域关联快速衰退,即所谓的量子退相干行为,对量子关联的应用造成了严重阻碍。因此,研究EPR引导在开放系统中的动力学行为具有重要意义。本文的研究工作可分为如下两个方面:其一,研究了基于一维XY自旋链模型描述的环境下,通过EPR引导强度来测量的两量子比特系统的EPR引导的退相干行为。结果表明,当环境经历量子相变时,EPR引导鲁棒性受到明显抑制。同时揭示并分析了临界点附近EPR引导的有限尺度行为。并且,我们还发现EPR引导强度的功率(即一定时间内EPR引导强度的平均值)可以直接指示环境的量子临界性。此外,自旋链环境下系统初态的混合程度对EPR引导鲁棒性存在直接影响。其二,探讨了各种噪声通道下(如比特翻转通道(BP),相位翻转通道(PF),比特相位翻转通道(BPF)和广义幅值阻尼通道(GAD)),贝尔对角态和任意两量子比特X型态的EPR引导动力学行为。研究发现,量子系统初态混合程度和不同的噪声通道类型会对EPR引导的鲁棒性产生直接影响,混合程度越高,EPR引导的鲁棒性越差,纯态的EPR引导的鲁棒性最好。此外,我们还考虑了单边噪声通道与任意X型两量子比特态耦合的情境下,可以借助EPR引导的本质的非对称性实现对单边噪声通道施加位置的判断。

王凯[9](2020)在《低维自旋体系中的量子引导特性》文中进行了进一步梳理在过去的近二十年中,对称性的量子关联与低维多体系统中的临界现象之间关系备受关注,取得了很多有价值的研究成果。近年来,量子引导作为一种非对称的量子关联形式进入人们的视野。它和贝尔非局域性以及量子纠缠等量子关联之间的关系已经明确,但是量子引导的非对称特性是很多其它量子关联中不具备的,量子引导的研究无疑是量子关联中很有研究价值的内容。对比于对称性的量子关联在低维多体系统的中特性,本文运用量子引导这种非对称性的量子关联来分析低维自旋体系中量子临界现象。本文首先从量子引导的角度对一维自旋链模型中基态的量子相变现象进行了研究。在一维各向异性的XY自旋模型中,量子引导鲁棒性在临界点附近渐趋于零,并在铁磁相内消失。在Heisenberg XXZ模型中,量子引导在临界点附近表现出和量子纠缠相似的性质,即在无穷阶临界点Δ=1附近取得最大值。本文还进一步分析了Lipkin–Meshkov–Glick(LMG)自旋模型中的临界性质,结果显示量子引导鲁棒性在到达临界点附近下降到零值,并在整个对称相内保持为零,这与量子纠缠和贝尔非局域性在该模型中的表现都是相似的。其次,本文分析了量子引导鲁棒性在相变临界点附近的有限尺寸效应。对一维各向异性XY自旋模型中,引入重整化群的方法,通过增加迭代次数来增加系统尺寸,分析了量子引导鲁棒性两种模型中的有限尺寸效应和临界指数等关键性质。该模型中的研究结果均表示,块间量子引导鲁棒性的一阶导数在临界点附近表现非解析性,并呈现有限尺寸效应。最后,本文详细研究了各向异性XY模型中的量子引导的非对称性,并分析了系统尺寸和测量数对非对称性的影响,结果表明,在取极限L→∞时尽管模型的块间量子引导是非对称的,但是并不存在单向的量子引导。

陈琪[10](2020)在《自旋链和开放系统的量子信息研究》文中认为量子信息学是一门将量子力学的物理原理应用到信息科学的研究当中的新兴交叉学科,它具有许多传统信息学所不具有的优势,从而能够让信息的传递更为安全,计算的效率更高。量子态测量坍塌原理和量子态不可克隆原理从物理原理上保证了量子信息学中信息传递的绝对安全,例如在量子密匙分发过程当中人们就能有效的探测到窃听者的存在,从而保障信息传递的安全性。当量子力学的基本原理被考虑到量子算法中时,就会发现计算效率会大大提高,例如信息搜索的量子Grover算法和整数的质数分解的量子Shor算法。其中量子Shor算法对整数的质数分解的突破甚至会让现在的许多保密技术不再安全,这无疑对现代社会的网络安全提出了挑战。不论是量子通信还是量子计算,其实都依赖于系统中的量子资源,而量子资源来源于系统中存在的各种各样的量子关联,例如量子纠缠、量子相干性和量子协错等等。这些量子资源在实现不同的量子任务中都有着成功的应用。现实中的量子系统通常会不可避免的和其周围的环境产生相互作用,这种相互作用会通过退相干效应降低甚至破坏系统中的量子关联,因此如何抑制量子系统的退相干效应并提升系统中的量子资源就成为了一个非常重要的研究方向。量子信息学的发展还对凝聚态物理中的量子相变的研究做出了贡献。传统的关于量子相变的研究要求序参量和对称性破缺的知识,但是寻找一个系统的序参量往往存在困难。通过利用量子信息学中的一些概念,量子相变的研究就会变得容易开展。在本论文中,我们探讨了如何利用量子信息学中的概念去研究多体系统的量子相变。首先利用了密度矩阵重整化群方法对一维拓展compass自旋系统进行了研究,并利用多体纠缠讨论了系统量子相变。发现多体纠缠可以很好的捕捉到系统量子相变的发生并且得到了多体纠缠在临界点附近的标度行为。接着还利用迹距离和量子相干性对一维拓展compass自旋系统的量子相变进行了研究,同样得到了准确的量子相变点和相应的标度行为。另外,我们还利用量子信息学的方法对二维Kitaev蜂巢模型的量子相变进行了研究。通过对二维Kitaev蜂巢模型的对称性分析,可以得到了其约化密度矩阵的形式,然后利用了量子Jensen-Shannon divergence平方根相干性对其量子相变进行了研究并得到了该模型在参数空间中的相图,量子Jensen-Shannon divergence平方根相干性的一阶导数能够很好的探测到量子相变的发生和其标度行为。然后还利用迹距离和相对熵相干性对二维Kitaev蜂巢模型的量子相变进行了研究,发现它们也都能很好的探测到量子相变的发生并具有良好的标度行为。另一方面还具体讨论了如何抑制量子系统中退相干效应从而提高系统的量子关联。由于退相干效应的存在,量子系统中的量子关联会降低甚至消失,这会直接导致各种量子任务的失败。本文主要讨论了基于量子跃迁的反馈方案和伴随量子测量反转的弱测量方案对里德堡原子系统的影响。通过研究发现,基于量子跃迁的反馈能够增加系统的相对熵相干性,这说明里德堡原子系统中的退相干效应在基于量子跃迁的反馈作用下被抑制了。我们还讨论了基于量子跃迁的反馈对系统占据数的影响,并发现基于量子跃迁的反馈可以降低系统的自发辐射效应,这可能是该方案能够抑制退相干效应的原因。还进一步讨论了基于量子跃迁的反馈对量子Jensen-Shannon divergence平方根相干性和系统的不确定关系的影响,并发现基于量子跃迁的反馈能够提高量子Jensen-Shannon divergence平方根相干性的值,并降低系统的不确定关系中的不确定界限。对于伴随量子测量反转的弱测量方案来说,发现它同样能够增加里德堡原子系统的相干性,降低系统的不确定度和不确定度界限以及增加量子纠缠。

二、量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠(论文提纲范文)

(1)湍流信道中的非经典关联和量子信道容量特性理论研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义及主要研究内容
第二章 理论基础及海洋湍流简介
    2.1 广义惠更斯-菲涅尔原理
    2.2 Rytov近似
    2.3 交叉谱密度函数和交叉谱密度矩阵
    2.4 海洋湍流基本描述
        2.4.1 海洋湍流的产生
        2.4.2 海洋湍流基本参数
    2.5 海洋湍流中的OAM光子
    2.6 经典OAM光束模型
        2.6.1 拉盖尔-高斯光束
        2.6.2 贝塞尔-高斯光束
        2.6.3 厄米-高斯光束
        2.6.4 艾里涡旋光束
    2.7 本章小结
第三章 海洋湍流中OAM非经典关联
    3.1 海洋湍流中单光子模型的信道容量传输特性
        3.1.1 信道容量与迹距离
        3.1.2 海洋湍流对单光子OAM传输的影响
    3.2 海洋湍流中双光子模型的非经典关联
        3.2.1 海洋湍流中的OAM双光子模型
        3.2.2 海洋湍流中OAM态的量子纠缠和量子相干
    3.3 本章小结
第四章 海洋湍流中OAM量子信道容量
    4.1 量子信道容量与迹距离
    4.2 海洋湍流对OAM量子信道容量特性
    4.3 本章小结
主要结论与展望
    主要结论
    展望
致谢
参考文献
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文

(2)基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议(论文提纲范文)

摘要
abstract
1.绪论
    1.1 量子信息科学简介
    1.2 量子信息科学研究进展
        1.2.1 量子纠缠及其研究进展
        1.2.2 量子计算及其研究进展
        1.2.3 量子信息协议及其研究进展
    1.3 基于原子系综四波混频过程的量子信息科学研究
    1.4 本论文的主要内容
2.量子光学基本理论
    2.1 光场的量子化
    2.2 光场的量子态
        2.2.1 数态
        2.2.2 相干态
        2.2.3 压缩态
    2.3 量子态的相空间描述
        2.3.1 Wigner函数表述
        2.3.2 P函数表述
        2.3.3 Q函数表述
        2.3.4 保真度
    2.4 量子态的测量
        2.4.1 强度探测
        2.4.2 平衡零拍探测
    2.5 本章小结
3.铷原子系综的四波混频过程的理论和实验基础
    3.1 基于铷原子系综四波混频过程的参量放大器
        3.1.1 理论模型
        3.1.2 实验实现
    3.2 四波混频产生量子关联光束的纠缠探测
        3.2.1 四波混频产生量子关联光束纠缠度的理论分析
        3.2.2 实验测量四波混频过程产生的纠缠
    3.3 实验基础
        3.3.1 光学分束器
        3.3.2 光学轨道角动量
        3.3.3 全光学量子隐形传态
    3.4 本章小结
4.光学轨道角动量复用的全光学量子隐形传态
    4.1 通道复用的量子隐形传态的意义
    4.2 轨道角动量复用全光量子隐形传态的理论推导
    4.3 实验实现轨道角动量复用的全光量子隐形传态
    4.4 通过全光量子隐形传态协议传递轨道角动量模式叠加的相干态
    4.5 本章小结
5.全光学多功能量子态转换机的实验实现
    5.1 多功能量子态转换机的研究背景
    5.2 多功能量子态转换机的理论方案
    5.3 三种不同的全光学量子信息协议的实验实现
        5.3.1 实验装置
        5.3.2 典型结果
        5.3.3 不同放大增益下损耗对全光通道的影响
    5.4 实现全光量子态转换机的多功能性
    5.5 本章小结
6.全光学最优N→M相干态量子克隆
    6.1 量子克隆的研究背景
    6.2 全光最优N→M相干态量子克隆理论分析
    6.3 实验实现连续变量最优N→M相干态量子克隆
        6.3.1 实验装置
        6.3.2 实验展现最优4→16 相干态量子克隆
        6.3.3 实验展现最优N→M相干态量子克隆
    6.4 本章小结
7.用低噪声相敏放大器放大明亮的纠缠光束
    7.1 量子态放大的研究背景
    7.2 低噪声纠缠光束的强度放大的理论方案和实验装置
        7.2.1 理论方案
        7.2.2 实验装置
    7.3 实验展现纠缠光束的低噪声放大
    7.4 纠缠强度随放大增益的变化
    7.5 本章小结
总结与展望
参考文献
博士期间发表的论文
个人简历
致谢

(3)量子计算及其哲学意义(论文提纲范文)

量子计算的源起
量子计算的基本特点
    (1)量子存储器有巨大的存储能力。
    (2)量子计算具有真正的并行性和整体性。
    (3)有的量子算法具有加速能力。
量子纠缠、量子信息与量子实在
世界的复杂性是主观与客观的统一
哲学与发展量子科技的关系
附:量子隐形传态的基本过程

(4)基于量子纠缠的签名方案与多代理签名研究(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究意义与价值
    1.2 量子密码学的国内外研究现状
    1.3 本文详细的安排与构架
第2章 基本理论介绍
    2.1 量子线路的基础介绍
        2.1.1 经典比特位
        2.1.2 量子位
        2.1.3 经典比特位的四种操作
        2.1.4 量子比特
    2.2 量子密码学的基础定理介绍
        2.2.1 量子态的叠加原理
        2.2.2 量子测不准原理
        2.2.3 量子不可克隆原理
    2.3 量子密码技术
    2.4 量子密码学的基础协议
        2.4.1 BB84协议
        2.4.2 B92协议
    2.5 AVISPA安全协议分析工具
第3章 基于量子纠缠的指定验证者签名方案
    3.1 方案概述
    3.2 原始签名者指定验证者代理签名体制
        3.2.1 系统初始化
        3.2.2 代理签名体制的描述
        3.2.3 代理签名体制的安全性分析
    3.3 代理签名者指定验证者代理签名体制
        3.3.1 系统初始化
        3.3.2 代理签名体制的描述
    3.4 代理签名体制的安全分析
    3.5 算法仿真
        3.5.1 HLPSL格式
        3.5.2 仿真效果图
第4章 量子多代理签名协议
    4.1 协议的准备阶段
    4.2 协议初始化阶段
    4.3 协议签名阶段
    4.4 协议验证阶段
    4.5 举例说明
    4.6 方案分析
        4.6.1 协议正确性分析
        4.6.2 协议安全效率分析
第5章 量子Bell态纠缠签名方案
    5.1 协议描述
        5.1.1 协议初始化阶段
        5.1.2 代理授权阶段
        5.1.3 代理签名阶段
        5.1.4 验证阶段
    5.2 协议分析
        5.2.1 正确性分析
        5.2.2 安全性分析
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历

(5)遥感影像像素纠缠理论的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 遥感影像分类研究现状
        1.2.2 量子群智能算法研究现状
    1.3章节安排
第2章 量子纠缠理论
    2.1 量子力学基本原理
        2.1.1 波函数的统计解释
        2.1.2 态叠加原理
        2.1.3 薛定谔方程
        2.1.4 算符化规则
        2.1.5 全同性原理
    2.2 量子纠缠理论
        2.2.1 量子比特
        2.2.2 张量积与多量子比特
        2.2.3 纯态和混合态
        2.2.4 量子纠缠
        2.2.5 常见的量子纠缠态
    2.3 量子纠缠探测及纠缠度量
    2.4 本章小结
第3章 单波段自组织像素纠缠理论及遥感影像分类
    3.1 自组织映射神经网络
    3.2 自组织像素纠缠神经网络
        3.2.1 量子像素阵列
        3.2.2 量子像素纠缠理论
    3.3 自组织像素纠缠神经网络算法
        3.3.1 单波段遥感影像分类算法
    3.4 本章小结
第4章 多光谱自组织像素纠缠理论及遥感影像分类
    4.1 量子像素的态叠加原理
    4.2 多光谱自组织像素纠缠神经网络算法
    4.3 SOPENN算法的分析与讨论
    4.4 本章小结
第5章 遥感影像分类实验及精度分析
    5.1 遥感影像分类实验过程
    5.2 .遥感影像分类实验结果
        5.2.1 单波段遥感影像分类
        5.2.2 多光谱遥感影像分类
    5.3 精度分析与讨论
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
个人简历、参与的科研项目及论文成果
致谢

(6)伊辛-海森堡自旋链中量子纠缠与量子关联的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
第2章 量子信息的基本概念及研究方法
    2.1 量子纠缠
        2.1.1 量子纠缠态定义
        2.1.2 量子纠缠的度量方法
    2.2 量子失谐
        2.2.1 X态的量子失谐计算过程
    2.3 量子相变
    2.4 Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用
    2.5 蓝铜矿(Cu_3(CO_3)_2(OH)_2)与伊辛-海森堡菱形链
    2.6 异核三金属化合物与伊辛-海森堡支链
    2.7 量子密集编码
    2.8 量子隐形传态
    2.9 转移矩阵方法
        2.9.1 转移矩阵方法获得伊辛-海森堡无穷长链约化密度矩阵的计算步骤
第3章 具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的量子纠缠与量子关联
    3.1 研究背景
    3.2 模型及计算方法
    3.3 具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的量子相变
        3.3.1 结果与讨论
        3.3.2 小结
    3.4 具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的热量子失谐与形成纠缠度表征量子相变
        3.4.1 结果与讨论
        3.4.2 小结
    3.5 具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的热量子失谐与共生纠缠度
        3.5.1 结果与讨论
        3.5.2 小结
    3.6 具有DM相互作用的伊辛-海森堡菱形链的量子密集编码容量
        3.6.1 模型与计算过程
        3.6.2 结果与讨论
        3.6.3 小结
第4章 自旋-1/2伊辛-海森堡支链的量子隐形传态
    4.1 研究背景
    4.2 模型与计算过程
    4.3 结果与讨论
    4.4 小结
第5章 自旋-(1/2,5/2,1/2)伊辛-海森堡支链的负性纠缠度
    5.1 研究背景
    5.2 模型与计算过程
    5.3 结果与讨论
    5.4 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士研究生期间完成的论文

(7)量子不确定性关系及多级量子相干研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
引言
第一章 预备知识
    1.1 数学概念
    1.2 量子力学基本假设
    1.3 密度算子
    1.4 Schmidt分解
    1.5 量子操作
    1.6 量子信道
第二章 量子不确定性关系
    2.1 量子不确定性简介
    2.2 基于Wigner-Yanase斜信息的可观测量的不确定性关系
    2.3 基于Wigner-Yanase斜信息的量子信道的不确定性关系
    2.4 本章小结
第三章 多级量子相干
    3.1 量子相干资源理论
    3.2 多级量子相干纯态在相干保持操作下的转化
    3.3 本章小结
第四章 k-ME concurrence与负性的关系
    4.1 量子纠缠简介
    4.2 n量子比特态的k-ME concurrence与负性关系
    4.3 本章小结
结论
参考文献
后记
攻读学位期间取得的科研成果清单

(8)Einstein-Podolsky-Rosen引导退相干研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题历史背景
    1.2 三种常见的非局域关联
    1.3 开放量子系统与退相干
    1.4 本文的选题依据与内容安排
第二章 量子信息相关基础
    2.1 量子比特
    2.2 量子态
        2.2.1 纯态
        2.2.2 混合态
    2.3 量子关联
        2.3.1 量子纠缠
        2.3.2 贝尔非局域性
        2.3.3 EPR引导
    2.4 EPR引导、贝尔非局域与量子纠缠
    2.5 退相干动力学
第三章 自旋链环境诱导的量子引导动力学行为
    3.1 研究背景
    3.2 XY自旋链模型与计算方法
        3.2.1 XY自旋链
        3.2.2 EPR引导的度量
    3.3 研究结果与分析
        3.3.1 对称耦合
        3.3.2 非对称耦合
        3.3.3 强耦合
        3.3.4 初始态为混合态
    3.4 本章小结
第四章 噪声通道环境诱导的量子引导动力学行为
    4.1 研究背景
    4.2 初始态为Bell对角态
        4.2.1 对称通道
        4.2.2 单边通道
        4.2.3 混合通道
    4.3 初始态为任意X-型态
        4.3.1 单边去极化通道
        4.3.2 单边幅值阻尼通道
        4.3.3 单边比特翻转通道
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢

(9)低维自旋体系中的量子引导特性(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 量子信息理论与发展现状
    1.2 量子关联和量子非局域性的研究意义
    1.3 量子引导的起源与发展现状
    1.4 低维多体系统中的量子关联
    1.5 选题依据和内容安排
第二章 量子引导基本概念
    2.1 量子信息基础概念
        2.1.1 量子比特
        2.1.2 纯态和混合态
        2.1.3 量子测量
    2.2 量子关联和量子非局域性基本概念
        2.2.1 量子纠缠
        2.2.2 贝尔非局域性
    2.3 量子引导的基本概念
    2.4 三种量子关联之间的关系
    2.5 量子相变和量子临界性质
        2.5.1 量子相变与临界现象
        2.5.2 量子重整化群方法
第三章 一维自旋体系的临界性研究
    3.1 研究背景
    3.2 一维各向异性的XY模型
    3.3 一维XXZ模型
    3.4 LMG模型
    3.5 本章小结
第四章 量子引导的有限尺寸效应
    4.1 研究背景
    4.2 XY自旋链模型有限尺寸效应
    4.3 量子引导的非对称性
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢

(10)自旋链和开放系统的量子信息研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 量子信息和量子相变的基础理论
    2.1 量子相变简介
    2.2 量子态的密度算符表述
    2.3 信息熵
    2.4 量子纠缠的度量
        2.4.1 并发度
        2.4.2 负值度
        2.4.3 形成纠缠
    2.5 多体量子纠缠的度量
    2.6 量子协错
    2.7 量子态区分
        2.7.1 保真度
        2.7.2 迹距离
    2.8 量子相干性
    2.9 量子不确定性关系
3 多体量子系统的相变研究
    3.1 一维多体量子系统的相变研究
        3.1.1 研究背景
        3.1.2 多体纠缠和量子相变
        3.1.3 迹距离和量子相变
        3.1.4 量子相干性探测量子相变
        3.1.5 结论
    3.2 二维量子系统的量子相变研究
        3.2.1 研究背景
        3.2.2 二维自旋系统的分析
        3.2.3 量子Jensen-Shannon divergence平方根与量子相变
        3.2.4 二维Kitaev蜂巢模型的量子协错与量子相变
        3.2.5 量子相干性测量量子相变
        3.2.6 结论和讨论
4 开放量子系统动力学研究
    4.1 量子反馈对开放量子系统的影响
        4.1.1 研究背景
        4.1.2 基于量子跃迁的反馈对里德堡原子系统的影响
        4.1.3 基于量子跃迁的反馈对里德堡原子系统的量子相干性的影响
        4.1.4 基于量子跃迁的反馈对QJSD平方根的影响
        4.1.5 基于量子跃迁的反馈对不确定关系的影响
        4.1.6 总结和讨论
    4.2 弱测量作用下开放量子系统的动力学研究
        4.2.1 研究背景
        4.2.2 弱测量对量子相干性的影响
        4.2.3 弱测量对熵不确定关系的影响
        4.2.4 弱测量对迹距离的影响
        4.2.5 结论和讨论
5 总结与展望
参考文献
博士期间发表和完成论文目录

四、量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠(论文参考文献)

  • [1]湍流信道中的非经典关联和量子信道容量特性理论研究[D]. 翟爽. 江南大学, 2021(01)
  • [2]基于原子系综四波混频过程实现量子信息协议[D]. 娄彦博. 华东师范大学, 2021(12)
  • [3]量子计算及其哲学意义[J]. 吴国林. 人民论坛·学术前沿, 2021(07)
  • [4]基于量子纠缠的签名方案与多代理签名研究[D]. 赵婧月. 沈阳师范大学, 2021(09)
  • [5]遥感影像像素纠缠理论的研究[D]. 杨帆. 桂林理工大学, 2021(01)
  • [6]伊辛-海森堡自旋链中量子纠缠与量子关联的研究[D]. 郑一丹. 湖北大学, 2021(01)
  • [7]量子不确定性关系及多级量子相干研究[D]. 张立梅. 河北师范大学, 2021(09)
  • [8]Einstein-Podolsky-Rosen引导退相干研究[D]. 王威风. 南京邮电大学, 2020(03)
  • [9]低维自旋体系中的量子引导特性[D]. 王凯. 南京邮电大学, 2020(03)
  • [10]自旋链和开放系统的量子信息研究[D]. 陈琪. 浙江大学, 2020(01)

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量子计算机理论中的量子叠加和量子纠缠
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