【硕士论文】量子非定域性和量子通信若干问题研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论文量子非定域性和量子通信若干问题研究姓名：牛万青申请学位级别：博士专业：理论物理指导教师：王安民20050401!塑丝丝些童圭丝堡圭童堡垒兰苎!里中文摘要量子力学具有许多独特的非经典性质，其中的多体量子纠缠态则是一个典型的例证。量子纠缠态可以违背Einstein，Podolsky$口Rosen的定域实在论，破坏基于定域隐变量模型的Bell不等式。为了更直接体现量子力学和定域实在论的矛盾，人们提出了无不等式的Bell定理，使得有可能在单个拷贝纠缠态下就会发现量子力学和定域实在论是不相容的。正是

2、这些违反人们直觉的特性使得纠缠态在量予信息处理中发挥了重要的作用。纠缠态可以用来完成密钥分发，密集编码，隐形传态等量子信息处理任务。而稍后提出的远程态制备与隐形传态的差别在于发送者已经知道被传输态的经典描述信息。现在已经有许多的实验(在不同程度上)实现或证实了他们。让人们感兴趣的是，是否这些任务的实验实现是纯粹量子的，能否用经典的方法去模拟。最近的研究表明，人们的确可以用局部随机数和经典通讯来模拟某些量子位隐形传态实验，即可以用统计性的经典关联通道和经典通讯来模拟基于纠缠通道和经典通讯的量子位隐形传态实验。另一方面最

3、近人们发现可分混态可以用来分发纠缠，也就是说可分混态所具有的非相干性和经典关联性质在量子信息处理中也是有用的。本文重点研究了无不等式Bell定理和远程态制备中的若干问题。我们的基本物理出发点是能否将量子力学的非经典特性在更一般的情况下表现出来，以及在不使用纠缠通道的条件下完成某些量子通信任务，并得到了一些物理上有意义的结果：(I)证明了从两个相互分离的独立源发射的双光子系统也具有Green-berger—Home-Zeilinger型非定域性质。在我们的论证中每个光子和自己伴随的真空态相互纠缠形成Bell态，但是在整

4、个理论安排中两个光子自始至终没有纠缠在一起。论证中使用了局部粒子数作为可观测量并且只使中国科学技术大学理论物理所量子理论组!堡墼矍苎塞查童丝圭丝堡垒苎董!!!用了光子的一个自由度。这里从物理上发展了Cabello版本Bell定理的论证。fII)把连续变量体系的Greenberger-Horne-Zeilinger定理的论证推广到只需要两个观测者的情况。(III)论证了一种无Bell基测量的任意量子比特混态的隐形传送协议。(IV)利用可分混态通道和经典通讯实现了某一类量子比特混态的远程制备。这个远程态制备协议不需要在观

5、测者之间事先建立纠缠态通道，它利用了可分混态所具有的经典完全关联特性。这个协议只需要在观测者之间传送一个经典比特，而且它的一个不寻常的特性在于其保真度是i00％，尽管使用的是有噪声的非纠缠态通道。因此可分混态在这个协议中已经是作为基本的物理资源而不再是辅助性的工具。这个方案为实现某些量子通信提供了一个新的选择。中国科学技术土学理论物理所量子理论组!皇丝堂垒圭圭童堡塞塞堡垒叁丝型叁AbstractQuoatUlnentanglementisoneofthemoststrikingfeaturesofquantumfor

6、—realism．HistoricallyjitwasfirstrecognizedbyEinstein，PodolskyandRosenandbySchr5dinger．Theyshowedthatentanglementhasincrediblenonclassi—calpropertywhichcarlnotbeexplainedbyclassicalphysics．EntanglementcallviolateBellstatisticalinequalitybasedonEPR’Slocalrealism，

7、whichisknownasBelltheorem．Strikingly,Belltheoremwithoutinequalitieshasbeendemon—strafedformultiparticleGreenberger—Hone—Zeilingerstates，wherethecontra-dictionbetweenquantummechanicsandlocalrealistictheoriesarisesevenfordefinitepredictions．Thequantumnonlocahtyca

8、nthus，inprinciple，bemanifestinasinglerunofacertainmeasurement．Therecentdevelopmentofquantuminformationtheoryshowedthatentan-glementcanhaveimportantpracticalapplicationssucha