中瑞合作实现量子态可恢复的新型量子测量

量子测量是量子力学的核心问题之一。该研究组的实验证实,对于量子信息中广泛使用的比特系统,量子测量提取的信息和量子态恢复几率之间存在1个等式关系——提取的信息越多,相应量子态的恢复几率越小。     

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。     

量子熵和酉等价的若干结果

讨论了熵相等的量子态和量子态的酉等价之间的关系,证明了任意两个满足受控关系的量子态ρ,σ,量子熵相等的充分必要条件是存在某个酉算子U使得ρ=UσU*。并从另一角度建立2维情况下的等价关系。最后对一个关于量子熵的结果进行改进。     

量子寄存器中信息擦除与热耗散

任何物理资源都是有限的.因此,将来的量子计算机中,同样需要擦除信息,使资源能够重新利用.讨论量子寄存器中信息擦除与散热的关系,发现量子态擦除的不可逆性将会导致量子寄存器的热耗散.因此,未来的量子计算机,因为热耗散影响,计算能力会受到一定的限制.     

正算子估值测量量子密钥分配方案及安全性分析

为探索一种直接应用正算子估值测量进行量子密钥分配的最佳方案,利用正算子估值测量对两个非正交量子态的可靠识别,提出了一种使用该测量法直接进行量子密钥分配的方案.分析了无噪信道环境下具有最佳安全性兼具较高效率、两非正交量子态间最佳夹角的取值,及在此情况下窃听者造成的错误率门限.计算表明,本方案通信双方密钥的分配效率可达50%,对窃听者的检测率达6.25%,仅需3次密钥协商过程,达到或优于主流经典量子密钥分配协议各项指标,有一定实际应用价值.     

自旋链在量子信息中的应用

介绍了自旋链在量子信息过程中的应用,包括在量子密码和隐形传输中以及量子计算中的应用,自旋链可以充当量子通道用来传输量子态,自旋链也可以用来实现量子通用门。     

以磁场为控制场的量子比特系统量子态的最优制备

针对以磁场为控制场的电子自旋量子比特系统,结合量子门实现量子态幺正演化的量子态调控机制,提出了一种量子比特系统任意量子态的最优制备策略。建立了该量子比特系统及其控制场的模型,借助李群李代数,由经典最优控制的思想来获得最优控制,从而实现了电子自旋量子系统任意量子态的最优制备。理论分析与仿真实验显示了该策略的优越性。     

量子蚁群算法求解多任务联盟问题

针对蚁群算法在求解多任务联盟问题(multi-task coalition problem,MTCP)时存在的求解精度不高、迭代次数多的不足,利用量子计算的并行性,提出了一种求解多任务联盟问题的量子蚁群算法.首先,利用量子叠加态给出了基于Agent的量子编码,使1个Agent能占据空间中的2个位置;其次,为使旋转角获得合适的大小和方向,提出了一种基于信息素的自适应修正旋转角调整策略;最后,通过对量子编码进行观测,给出了基于量子态的蚂蚁寻优策略.实验结果表明,与已有的算法相比,该算法不仅能获得更高质量的解,而且收敛速度也有显著的提高.     

一类基于经典卷积码的量子稳定子码

提出了一类新的量子稳定子码的构造方法．寻找量子稳定子码的问题可以转化为寻找GF(4)上迹内积自正交的经典码问题．根据这一关系,首先证明了GF(4)上经典卷积码迹内积自正交的充要条件,然后寻找满足该条件的经典卷积码,再将找到的经典卷积码通过“咬尾”变换得到具有简单分组结构的tail-biting码,证明了该类tail-biting码是迹内积自正交的,从而构造出对应的量子稳定子码．该类码构造方法简单,码距接近理论上限．     

CSS型量子卷积码的编译码方法

定义了量子态的多项式表示形式,根据Calderbank-Shor-Steane(CSS)型量子码的构造方法,给出了CSS型量子卷积码的一种新的编译码方法,描述了编译码网络. 该方法将码字基态变换为信息多项式与生成多项式的乘积,然后用量子态上的多项式乘法操作实现编译码网络. 这种编译码方法高度结构化,思路简单,网络易于实现.     

量子k-means算法

为提高经典k-means算法的计算效率,引入量子计算理论得到量子k-means算法。先将聚类数据和k个聚类中心制备成量子态,并行计算其相似度,接着利用相位估计算法将相似度信息保存到量子比特中,然后利用最小值查找量子算法查找最相似的聚类中心点。对比两种算法的复杂度可知,在一定条件下,相对经典算法而言,量子k-means算法的时间复杂度降低,空间复杂度得到指数级降低。     

利用正交直积态的量子密钥分配协议

基于量子密钥分配协议是目前实现密钥分配最安全的方法,两个三态量子位组成的复合系统中存在一组正交直积态,它可以表现出非定域性。该文提出了一个建立在该系统的非定域性基础上的量子密钥分配协议,协议双方通过交换量子位和集体测量建立起共享的密钥。量子力学的基本原理保证了该协议是无条件安全的,没有第三方可以窃取密钥而不被发现。该协议不需要纠缠态,也不需要做任何量子操作。因此,它更容易在实践中实现,同时具有更高的可靠性与健壮性。     

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.     

一类量子循环码的构造方法

寻找量子稳定子码的问题可以转化为寻找GF(4)上厄米内积自正交的经典线性码的问题;对于GF(4)上的经典循环码,它是厄米内积自正交的,当且仅当它的对偶码的生成多项式是其生成多项式的因子．利用这一关系,通过寻找生成多项式满足该条件的经典循环码,构造出一类量子循环码,并详细给出了该类码的一些例子．     

基于W态和Bell态的量子协议

利用W态和Bell态组成的奇数粒子复合量子态,实现任意单量子和两量子比特完美隐形传输协议,稠密编码协议和量子秘密共享协议。对于隐形传输协议,给出发送方的测量基和接收方恢复信息的酉变换;对于稠密编码协议,只需要传输3个量子比特,就能够实现5个经典比特信息的传输。     

多体量子态全可分的一个纠缠判据

研究了量子信息理论中多体量子态的纠缠探测问题.利用量子系统上的局域正交可观测量算子,以及多体复合系统的局域不确定关系和斜信息,讨论了有限维情形多体复合系统中全可分量子态与其关系.得到了多体量子态全可分的若干必要条件,推广了有限维两体量子系统的相应结果,获得了识别多体量子态纠缠性的一些方法.     

推广的Kantorovich算子的加权逼近

算子逼近是函数逼近论研究的一个重要方向,对于同一个函数用不同的算子进行逼近得到的逼近度可能不同.该文在带有权函数的光滑模的意义下,运用K泛函与光滑模的等价性,研究了推广的Kantorovich算子在Bα空间的加权逼近问题,得到逼近的逆定理.     

噪声信道下量子隐形传态协议研究综述

实用化量子隐形传态技术作为发展可拓展量子计算和量子网络的必经途径,在金融、政务、国防军事、远距离通信（如空间探测）等领域中大显身手,量子纠缠与超联合测量给量子隐形传态基础理论和应用技术带来了巨大挑战,同时也为理论和技术（应用）层面产生基础创新带来了契机。该文从量子纠缠演化与免疫噪声模型、量子信道容量与编码、量子隐形传态机制方面对免疫噪声的量子隐形传态协议研究进行综述,最后探讨未来的研究热点和发展趋势。     

基于分数表示模型的量子信号中值滤波

在过去10年里，基于量子力学的量子信号表示研究已经出现一些重要结果.然而，关于量子信号处理方面的研究却相对滞后，其中就包括量子信号的滤波处理.首先，改进了现有的数字信号的量子表示模型(quantum representation of digital signals, QRDS),使其适用于任意长度的时间信号，同时还修改了QRDS模型中二补码的编码方法，使得新的编码更符合实际问题.然后，基于改进的模型引入了中值滤波方案，该方案回避了量子计算不能直接实现卷积运算的缺陷.为了实现该滤波方案的量子电路，又给出了基本量子运算模块：比较器模块、交换模块和中值计算模块.最后，通过实例验证了文中所提滤波方案的有效性和合理性.     

关于马约拉纳准粒子量子态变换问题的研究

讨论量子点与马约拉纳粒子耦合量子态的变换问题。首先介绍了马约拉纳费米子及其性质;然后引入量子态的Bloch球表示以及转动算符,通过量子操控技术实现量子态绕z轴的任意角旋转及绕xoy平面的任意轴π旋转;最后通过数学方法证明了2个和4个马约拉纳粒子与量子点构成的体系不能实现绕x轴和y轴旋转任意角。