自由空间量子通信的光子偏振研究

自由空间量子通信是实现全球量子通信网络的最佳方式之一. 在自由空间量子通信过程中,广泛采用光子偏振态进行信息的编码和通信,要求光子偏振态必须保持一致. 综述了影响自由空间量子通信光子偏振的5种因素,分析了它们对光子偏振态影响的物理机制及研究方法,对自由空间量子通信的光子偏振变化规律及其补偿机制的研究具有重要的借鉴意义.     

量子信息原理及其光学实现

首先概述了量子信息学中的基本概念和基本原理,包括量子纠缠、量子隐形传态、量子密集编码、量子克隆、通用量子逻辑门和量子算法;然后描述了光学系统中光子纠缠对的产生和光子量子比特的操作方法;最后介绍了光学量子信息研究的最新进展及其发展前景.     

一种量子局域网方案及其性能分析

提出了一种基于纠缠交换和经典交换的量子局域网方案．采用载波侦听多址／碰撞检测协议实现多址，由经典交换机传送建立和释放信道等控制消息．通过纠缠交换建立收发端光子的纠缠，基于量子隐形传态的原理传递量子信息．对该量子局域网进行性能分析．结果表明系铣传输量子信息的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率、发端成功进行Bell态测量的概率和接收端成功检测到发送量子比特的概率增大而显著增加．     

对称信道中的量子稠密编码控制方案

本文提出了一种对称信道中的量子稠密编码方案,在这个方案中以一个二能级三粒子GHZ态作为量子通道。在量子稠密编码的过程中,C作为控制者。如果他不进行一系列必要的操作,则量子稠密编码过程不能够实现。     

利用团簇态实现量子信息分离

提出一个利用5粒子团簇态作为量子信道分离任意2粒子态的量子信息分离方案.方案中,发送者(Alice)、接收者(Bob)和控制者(Charlie)共享5粒子团簇态的量子信道,发送者将需要传送的信息传送给接收者的过程,必须由控制者和接收者共同配合才能完成,否则任何人也得不到信息.发送者和控制者对所拥有的粒子作相应的测量后,通过经典信道告知接收者,接收者选择相应的测量完成量子信息分离方案.     

一种可提高安全通信距离的诱骗态量子密钥分发方案

为提高量子通信安全通信距离,提出一种将修正的相干光(MCS)用于诱骗态量子密钥分发的方案．通过削除弱相干光源中的两光子脉冲,降低多光子脉冲的影响,从而提高安全通信距离．理论分析得到了采用MCS后的单光子计数率和误码率的数学表达式．仿真结果表明,在相同的密钥产生率下,此方案将量子通信的安全通信距离提高约10％,接近完美诱骗态方案的安全通信距离．     

基于量子舒尔变换和图像的信息隐藏

如何在载体(文本、图像、音频)中巧妙地嵌入秘密信息及扩大传输信息的容量一直是研究人员面临的挑战。从量子信息的角度提出了一种新的信息隐藏思想,在不破坏载体数据的情况下构造量子纠缠态实现了秘密信息的隐藏和传输。为了提高秘密信息的传输容量,将经过Schur变换压缩的量子秘密信息编码到纠缠态的相位中进行传输。在比特传输过程中,新协议能够安全隐蔽地发送秘密量子比特信息。接收方可以通过量子傅里叶变换和已接收量子态的测量结果来提取秘密信息并得到无损的量子图像。此外,还给出了提取秘密量子态信息的具体方法,将量子比特转换为经典比特信息,有效地提升了秘密信息传输容量。该方案在不牺牲载体图像质量的前提下,保证了秘密信息传输的安全性。     

基于部分纠缠态的高效量子安全直接通信

基于两粒子部分纠缠态提出一种高效量子安全直接通信方案。该方案利用诱骗态来检测窃听,协议安全性等价于BB84协议的安全性。通信双方分别通过受控非操作和局域幺正变换编码秘密消息,利用von Neumann测量,结合经典通信实现秘密消息的高效直接传递。与现有协议不同,通信双方通过不同的操作编码和传输秘密消息,共享两个不对称的量子信道,同时在恢复秘密消息时通信双方各自持有攻击者不能掌握的关键量子比特,使得协议在理想和噪声信道中均安全。所有纠缠比特都用于传输秘密消息,协议的量子比特效率较高。     

一种基于量子保密通信及信息隐藏协议方案

为保证网络信息安全,提出了一种具有高安全性基于量子保密通信及信息隐藏协议方案.方案整体上采用与传统经典载体信息隐藏相类比的方法,根据量子态利用量子力学性质设计秘密信息编码方案隐藏秘密信息;利用2个n(n为大于2的整数)粒子纠缠态之间的纠缠交换、一个m粒子纠缠态与一个n(m、n为大于1的整数且m≠n)粒子纠缠态之间的纠缠交换设计秘密信息编码方案,将隐秘信道建立在量子保密通信协议中形成最终的量子信息隐藏协议.并且有望提高目前量子信息隐藏协议的隐藏容量和安全性.     

电子信息

世界首个单光子空间结构量子存储器诞生中国科学院量子信息重点实验室在高维量子信息存储方面取得重要研究进展,在国际上首次实现了携带轨道角动量、具有空间结构的单光子脉冲在冷原子系综中的存储,证明了利用高维量子态进行存储的可行性,迈出了基于高维量子中继器实现远距离大信息量量子信息传输的关键一步。在量子通信系统中,作为载体的单光子所携带的信息量的大小与所处编码的空间维数有关。如果能将光子编码在高维空间中,就可以极大地提高量子通信的效率,以及     

单变量X态几何关联的动力学特性

基于量子失谐(quantum discord)几何测量(简称GMQD)的方法求解了单变量X态的量子关联.在考虑环境的影响时,采用量子主方程求解出了一阶近似下该态在环境作用后的态.然后通过对比该态的纠缠度以及GMQD,可以发现GMQD具有比量子纠缠更优异的抗消相干性能.     

一种量子密钥分发和身份认证协议

提出了一种基于量子纠缠态和非正交态的密钥分发及身份认证协议.其中纠缠态粒子用来分发密钥,非正交态粒子用来认证身份和检测量子信息有无被窃听.两者用"按密钥穿插"的方法混合在一起进行传输.由于非正交态粒子的双重作用,不但使得认证过程中不必传递经典信息,而且提高了密钥分发效率.另外此协议同时完成了密钥分发和身份认证,有效防止了以往所提出的协议中可能存在的假冒问题.     

有限差分法解薛定谔方程及其应用

用有限差分法解薛定谔方程将连续的量子力学本征值问题转化为离散的本征值问题,在Matlab编程环境下易于实现。文章以一维无限深势阱问题检验有限差分法解薛定谔方程,以有势垒的一维无限深势阱问题探究势垒的围栏效应。模拟研究清洁铜表面48个铁原子构成的圆形量子围栏电子态密度,观察到量子围栏对电子态的吸收效应。     

高Q值腔中有时序差注入的二能级原子的量子信息传递的操纵

在高Q值腔中,原子与光场发生强相互作用,腔中的光子、原子作为信息的载体在耦合过程中所携带的信息随时间不断变化,从而实现量子信息的传递.参考Haroche研究小组的原子在超导微腔中的实验,利用J-C模型和包括系统耗散的Master方程,借助于数值计算方法,求解了系统中原子的约化密度矩阵元的微分方程组,并给出了原子基态的密度矩阵元随时间演化的曲线.研究了当原子的注入有时序差时,腔场的损耗对原子基态密度矩阵演化的影响.研究结果表明对两个顺序注入的原子,通过对第2个原子的注入时刻的调控,能够操控第1个原子通过腔场传递给第2个原子的量子信息,从而有效地实现对原子的量子信息传递的操纵. 更多还原     

基于量子密码与保密通信研究

随着信息网络技术的快速发展,大量的信息需要通过网络传输,传统的保密通信系统面临着新的挑战。量子计算机可以轻易地破译以往认为非常难以破译的加密算法,发展新的加密技术极其重要。量子密码学建立在量子力学的基础上,用量子状态作为信息加密和解密的密钥,是一种全新的保密通信系统。与建立在复杂数学计算基础上的传统加密算法相比,量子密码技术在理论上是绝对安全的,在信息交流日趋频繁的今天具有广阔的应用前景。     

随机多元基量子安全直接通信

根据量子通信系统安全性要求较高的特点,提出了单光子的随机多元基的偏振校正方案,可以完成各个偏振角度误差的补偿。与利用强光的补偿方案相比,窃听者更难获得基的信息,因此保密性更好。在测量基校正的基础上,针对传统多态量子通信系统筛选后有效信息少的缺点,设计了随机多元基的量子安全直接通信协议。该协议与窃听者Eve的互信息量很低;结合校验序列和一次一密,在信道不安全的情况下,窃听者不能得到有效信息,具有安全性好、易于实现、通信距离远等优点。     

量子移动通信最优纠缠中继与量子搭桥方案研究

根据量子力学原理,量子通信具有经典通信无可比拟的安全保密性,因而成为当前通信领域新的研究热点。量子移动通信是未来量子通信系统的重要组成部分,纠缠中继是量子移动通信的关键技术之一。然而,由于在无线信道上存在各种干扰和噪声,使得量子纠缠态远程传送的实现面临很大困难。为此,本文提出了基于量子态隐形传送的移动纠缠中继和量子搭桥方案,建立了网络的分层结构模型,研究了相关的路由协议(QMRP协议)。分析结果表明,即使在移动终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,该方案仍然可以完成量子态的无线传输,而且其传输时延与链路的距离和基站数目无关,因此,从数据传输时延的观点来看,本方案是最优的。     

强磁场中量子等离子体的动力学方程

本文从 Wigner 分布函数的 BBKGY 方程链出发,考虑强磁场对粒子碰撞的影响,在 Bogoliubov 方法基础上推导了磁强场中量子等离子体的动力学方程,方程既考虑了磁场对粒子碰撞的影响,又考虑了量子效应与多体效应,可用于在强磁场中各种动力学问题的研究.     

隧穿注入量子点体系的载流子动力学研究

通过考虑载流子在量子点中的隧穿、弛豫、热逃逸和非辐射复合等主要输运过程,并建立速率方程模型,研究了隧穿注入量子点体系的载流子动力学过程,探讨了隧穿注入量子点发射光谱对温度和隧穿几率的依赖性．理论分析表明：共振隧穿结构对量子点尺寸色散导致的激光展宽具有一定的抑制作用．