基于马赫―泽德干涉仪的量子隐形传态方案

1、基于马赫-曾德尔干涉仪的量子隐形传递方式摘要量化信息学是一门新的交叉学科，通常包括量化计算和量化通信两部分。 其中利用量子纠缠进行量子隐形传输状态是量子通信中最显着的方向之一，近年来在理论和实验上取得了很大的突破。 量化隐形模式的基本思想将原稿信息分成古典信息和量化信息，分别经由古典信道和量化信道传递给接收者，古典信息是发送者(Alice )通过测量某些原稿而得到的，量化信息是发送者在测量过程中没有提取的剩馀信息。 接收者(Bob )得到这两个信息后，就可以制作原物的完美复制品。考虑到传统的量化隐形模式大多采用难以实验实现的联合Bell状态测量，本文在理解了量化通信的基本概念及其基本性质的基础

2、上，提出了基于线性光学元件的量化隐形模式。 该方案避免了事先分配量化通道的麻烦，利用马赫-曾德尔干涉仪和单位测量实现了量化通道的调制和量化状态转移的全过程。关键字：量子隐形状态或正变换线性光学元件马赫-曾德尔干涉仪schemeforimplementingquantumteleportationvimach-zehnderinterferometerAbstractmumentitioninformationsisannewinter-disciplinewhichicinsummentcommummentcommummentacomm animprotapplicationofentangl

3、 rkableproverproducticallyandtheprincipleofquantumteleportationithannundunmummentstatecanbedisi sembled into， 从prureyicalicalinformationandprurreynonclasseinstein-podolsky-Rosen (EPR ) correlations.todosothes 和the receiver“鲍勃”mustprearrethesharingofanepr-correlateddpairofparticles.alicemakesajointme

4、asurementonhereprparticleand andsendsbobtheclassicalresultofthemeasurement.knondingthis，bobcanconverthestateofhispreparationancecoproplicationofthenunconsideringtheexireperementdifinrealilizingthjointmeasurement，whichiscommonolyadoptedinpreviousschemes， werproplocationservemesharinetoportionschemesw

5、ithelineronproticalpromenterfoustonmach-zehn avoidthepriordistributionofquantumc nerationofquantumchannelandtheteleportationinonesetupandoneprocess。keywords : quantum teleportation； 本地unitary操作； 线性光学元件； Mach-Zehnder interferometer目录第一章引言11.1量子看不见状态的来源11.2量子看不见的状态的发展。第二章量子看不见状态的基本理论2.1量子看不见的状态的原理2.2量

6、子看不见的状态的过程。几个说明3第三章缠绕状态和量子通道的调制4第四章量子看不见状态的线性光学方案64.1不需要共同测量的两个离子看不见的状态的剧本74.2不需要预先分配量化通道的未知离子状态的隐形传输线性光学方案9第五章总结11主要参考文献，主要参考文献，主要参考文献，主要参考文献谢谢，谢谢，谢谢，谢谢。基于马赫-曾德尔干涉仪的量子隐形传递方式第一章序言1.1量子隐形状态的由来量子隐形模式(Quantum Teleportation，QT )一词最初指的是利用超自然力量或现代科学技术手段将物体发送到空间上远离始发者所在的地方的另一个地方。 在古典物理学的范围内，这个过程是可以实现的。 我们首

7、先准确地测量原物，提取其所有信息，然后将该信息发送到接收方，接收者可以基于这些信息，选择与原物完全相同的基本单元，在其他地方制作与原物完全相同的副本，例如电话、传真等。 然而，在量化力学中，海森巴精确地测量物体(量化力学)的所有物理量，因此不可能提取一个物体的所有信息。 同时，量化不可克隆定理表示无法正确克隆未知的量化状态。 因此，将未知的量化状态从一方完全传递给另一方只不过是幻想。量子隐形传输状态1最先受到关注的是，贝内特等6位科学家在1993年在Phys. Rev. Lett .发表的古典和EPR通道传输未知的量子状态论文，为了实现传输某物体的未知量子状态， 把原物的信息分成古典和量化信息

8、，分别由经典通道和量化通道传达给接收者，经典信息是发送者通过某种测量得到原物的信息，量化信息是发送者没有通过测量提取出的馀情信息，接收者在得到这两个信息后，可以生成与原物完全相同的量化状态。 这是由量化力学的不确定性原理确定的，因为我们不能正确地提取原量化状态中的所有信息，所以必须将原量化状态中的所有信息分成古典信息和量化信息，它们分别通过古典信道和量化信道传达到不同的位置，基于这些信息，分别将这些信息传达到不同的位置。1.2量子隐形传输状态的发展由于量子隐形状态的奇怪特性及其潜在应用前景，近年来受到关注，在理论和实验中取得了很大的进展，普及到量子信息学的多个方面。在Bennett等人发表独创

9、的论文之后，Brassard等人利用由量化控制非门和单一量化比特操作构成的量化电路，相继提出了诸如基于Bell基联合测量2和POVM测量3的量化状态的隐形传输方案等关于量化隐形传输的各种方案。 Vaidmand等人通过非局部测定实现了量子状态的隐形传输5； Barenco等人提出了量化状态交换法以实现量化不可见状态6，最近提出了任意缠绕的状态的量化不可见状态2比特7。第二章量子隐形状态的基本理论2.1量子隐形传递状态的原理量化隐形传输状态是指在经典通信的辅助下经由量化信道从发送者(Alice )侧向接收者(Bob )侧传送未知的量化状态的过程。 因此，在爱丽丝和鲍勃之间，除了经典频道之外，还必

10、须共享EPR粒子对。 原始信息通过典型信道和量化信道被发送给接收者，典型信息是发送者测量原始物体所获得的，量化信息是发送者在测量期间没有提取的剩馀信息，而接收者在获得这两种信息之后，通过适当的局部正交变换来构建原始物体的量化状态详细讨论看不见量化的状态的全过程，电路图可以如下所示(BSM是Bell状态的测量，u是正变换)。图1 :量子不可见状态的原理图2.2 .量子不可见传递状态的过程假设爱丽丝具有的粒子1是未知的状态，(1)其中，为了标准化因子满意，把这个未知状态告诉鲍勃。 Bennett群建立了两个信道来传递信息，并且EPR可以利用常见的经典通信设备作为实现量化不可见状态的量化信道。 由粒

11、子2和粒子3构成的EPR对(2)爱丽丝有粒子2，鲍勃有粒子3。 此时，粒子2与粒子3与粒子1没有任何关联，因此该EPR可以用两种状态的笛卡儿积形式表示构成粒子1的量子系的复合波函数(3)其中的和是粒子1和粒子2所在的4维希尔伯特空间的Bell基。Alice用Bell基测定粒子1、2时，粒子1、2收缩成四个Bell状态之一。 爱丽丝测定的结果为，粒子3的状态为，(4)然后执行操作，(5)这是要求转移的量化状态，也就是说，量化状态的看不见的转移完成了。 Alice测定的其他3个可能的结果和对粒子3进行的对应操作如表1所示，可以在粒子3上重建粒子1的量子状态。表1:Alice的测定和Bob的操作Be

12、ll基测定测定后粒子3的状态向粒子3的正变换2.3几个说明(1)两粒子间的量化信息的传输发生在任意的时间空间中。 因为量子纠缠是有非局部性的。(2)联合测定后接收侧的粒子的量化状态也处于混合状态，即，联合测定本身对Bob来说，完全不提供有关原粒子状态的信息。 原粒子状态重建应通过EPR状态的纠缠非局部关联、经典通信和局部正变换。(3)量子看不见的状态中不存在超光速通信的问题。 隐藏模式不能成功，因为没有通过经典信道传输的经典信息。 经典信道的通信速度必然受相对原理限制。 即，传输速度不能超过光速。(4)量子不可见传输状态不违反符合量子力学的不可克隆定理。 Alice在进行Bell基的测定后，由

13、于初始状态被破坏，一次量子隐形的传递状态只能将原粒子的量子状态重建为另一个粒子。 量化不可克隆定理的具体内容：这些状态不可能完全复制不具有物理过程，能够创建两种不同非正交状态的完整副本的量化系统的未知状态，而从编码的非正交量化状态获得信息。 (请参见。)(5)发送器和接收器提供操作量化状态而不破坏看不见量化状态的可能性，因为通过发送过程发送器和接收器不需要知道他们所发送或接收的量化状态的信息。1997年12月，奥地利研究小组报道了世界上第一次实现量子隐形状态的实验结果8，1998年意大利和美国学者分别采用了不同的方案，通过实验实现了量子隐形状态9。 以上两个实验都是将单光子的偏振状态作为传输的

14、量子状态，将非线性光学过程用II型参数转换后的偏振纠缠光子对作为EPR粒子对。 2000年美国学者利用核磁共振的方法实现了核自旋量子态的隐形传递10。 2001美国Shih集团在脉冲参数变换中，以非线性的方式实现了Bell基测量并验证了量化隐形传输11。 2002年意大利的Martini集团报道了在两个不同的场模型中实现真空和单光子纠缠位的量子隐形传输12。 2004年还实现了原子态的隐形传递。 以下，介绍离子缠绕状态的调制和看不见的输送方案。第三章纠缠态和量子通道的制备近年来，提出了很多关于缠绕状态制造的理论和实验方案，有的利用空洞QED技术13，有的利用离子阱14，有的利用核磁共振等15。 我们基于马赫-曾德尔干涉仪提出了制造离子纠缠状态的线性光学方案。 提案中使用的离子状态的能级结构如图2所示图2 :方案中使用的离子的