四粒子Cluster态的制备和离子阱中二粒子一般态的概率隐形传输

摘要

量子信息学是量子力学、信息科学及计算机科学相结合而形成的一门新兴交叉学科。量子信息将为信息科学的发展开辟新的道路，同时也将极大地推动量子力学理论的发展。 本文从量子信息的基础--量子力学出发，综述了量子力学与量子信息的基础理论。其中包括量子力学与其它学科的关系，量子态叠加原理与相干性，不可克隆定理，量子纠缠态，量子门与量子线路，以及量子计算机基础知识等内容。 Cluster态是一个多体最大纠缠态，如何制备实现Cluster态是最近量子信息与计算研究中的重点课题之一。这里我们提出了一个通过幺正变换制备四粒子Cluster态的方案。我们首先寻找合适的幺正矩阵U，然后将U分解成多个两级幺正矩阵相乘形式，再利用Gray码知识将矩阵U仅通过单量子比特门和受控非门来实现，将这些门操作作用到初始态上，再经过局域变换就可以得到四粒子Cluster态。 随着科技的发展，量子计算机的物理实现越来越多样化，其中离子阱方案由于其与众不同的特点，是当前人们研究的热点问题。而量子隐形传态则是量子信息学中的另一个重要的研究课题。由于量子态和周围环境的耦合是不可避免的，作为量子通道的最大纠缠态在制备和保存过程中易引发消相干，使传输媒体通常不易保持最大纠缠态，最终粒子处在部分纠缠态或非最大纠缠态。所以研究利用非最大纠缠态作为量子通道具有很大的实际意义。本文提出了一种在离子阱中传输任意未知两粒子态的概率隐形传输方案，通过选择适当的激光频率、照射角度和脉冲持续时间，以及两次探测振动声子数，就可以以一定的概率得到要传输的态。当通道为最大纠缠态时，成功概率为l。

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引言

1量子力学与量子信息学的基础理论

1.1量子信息学的量子力学基础

1.1.1量子态的叠加性和干涉性

1.1.2量子测量

1.1.3量子不可克隆定理

1.1.4量子纠缠、量子非定域性和存在隐匿的量子信息

1.2量子位和量子门

1.2.1量子位

1.2.2量子门

1.3量子计算机

1.3.1量子计算机模型

1.3.2通用量子逻辑门组

2制备四粒子Cluster态

2.1 Cluster态

2.2通过幺正变换制备四粒子Cluster态

2.2.1四粒子Cluster态的制备

3在离子阱中实现对二粒子一般态的隐形传态

3.1量子计算机的物理实现

3.1.1离子阱方案

3.2量子隐形传态

3.3离子阱中二粒子一般态的概率隐形传输

结论

参考文献

附录

致谢