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基于GHZ纠缠态实现双粒子态的双向量子隐形传态的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 量子信息学的产生背景及简介

1.2 量子隐形传态的研究进展

1.2.1 理论进展

1.2.2 实验进展

1.3 量子隐形传态的研究价值

1.4 论文的主要工作

第二章 量子信息理论基础

2.1 量子力学基本假设

2.2 量子态的基本性质

2.2.1 量子态的叠加性和相干性

2.2.2 量子不可克隆定理

2.2.3 非正交量子态不可区分

2.3 量子纠缠理论

2.3.1 量子纠缠态的基本概念

2.3.2 常用的纠缠态

2.3.3 量子纠缠度

2.3.4 纠缠的应用

2.4 量子逻辑门

2.5 幺正变换及其性质

第三章 量子隐形传态的基本原理和几种方案

3.1 引言

3.3 单粒子的量子隐形传态方案

3.3.1 基于五粒子Cluster态的受控双向隐形传态

3.3.2 基于五粒子最大纠缠态的受控双向隐形传态

3.4 非对称的量子隐形传态方案

3.5 总结

第四章 以GHZ纠缠态实现双粒子的双向隐形传态

4.1 引言

4.2 纠缠交换技术

4.3 方案介绍

4.4 方案比较

4.5 总结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢

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摘要

量子信息学是一门把量子力学和信息科学联系起来的崭新的学科。它拥有很多经典信息学无法超越的优势,并且利用其量子特性可以解决经典信息在传送过程中的诸多问题。其中量子通信是量子信息学一个极其重要的分支,主要是研究量子隐形传态、量子密集编码、量子密码通信等方向。本文的工作是对量子隐形传态这个方向进行研究,它依靠纠缠的特殊性质,不确定性和不可克隆性等定理,能够保证将信息安全的传送给接收方,无需考虑待传送的信息量是否过大,消耗的资源是否过多,比传统的通信方式增添了很多优势,所以吸引了很多研究人员的目光。目前,已经提出了很多关于这个方向有意义的方案。
  文章在讲解了量子信息学产生背景及简介、量子隐形传态的理论和实验研究进展以及研究价值后,在目前已有的方案中,选择了两种相对简单的单粒子态和一种非对称的隐形传态方案进行了分析讲解。在上述方案的基础上,本文给出了基于Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态实现双粒子态的双向隐形传态方案。该方案利用纠缠交换使一对三粒子GHZ态纠缠作为通信双方共享的量子信道,首先发送方与接收方对其持有的粒子进行受控非门操作,一系列的测量操作,并将测得的结果相互传达给对方,然后通信双方依靠收到的结果选取合适的幺正变换,便可以使对方传递过来的未知态在本地得到重塑,完成了对双粒子态的双向隐形传送。同时由比较得知,该方案的量子信道在实验中更容易制备且传送效率更高,相应的测量操作也是简单方便的。此方案在实施过程中,必须保证发送方和接收方能够密切配合,才能实现未知量子态的正常传送,这种通信方式相比传统的通信更加安全、可靠。

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