量子信息概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,量子信息概述,王垒,0610262,经典力学的困难,19,世纪末,20,世纪初，经典物理理论已经发展到了相当完善的地步。但还存在以下几个困难,1,黑体辐射,经典统计力学导致能量在高频区发散，即所谓紫外灾难,2,光电效应,光电子能量与频率的线性关系（包括低频截止）和光电子相应时间太快,3,原子线状光谱,原子能量取分立值,量子力学的诞生,1 Plank-Einstein,的光量子论,光子能量有一个最小单位,=h,p=h/,2,康普顿效应,3 Bohr,的量子论,4,德布罗意得物质波,5 heisenberg,的矩阵力学,6,薛定谔的波动力学,诠释风波,量子力学诞生了，但她的理论解释一直存有两派,1,以,Bohr,为首的哥本哈根学派为正统量子力学派，认为波函数描述的是粒子在空间出现的概率，单次测量结果是概率性的，我们只能得出测量结果出现某一本征值的概率,2 Einstein,、薛定谔等人认为单次测量结果也是确定可预知的,质疑,-,量力信息的开端,1935,年,Einstein,Podolsky and Rosen,在,physics review letter,上发表文章,量子力学是完备的吗？,文中他们给出完备理论应满足的三个条件,（一）物理实在的每个要素在一个完备的物理理论中都应该有其对应,（二）如果不以任何方式干扰系统，系统应该可以确定的预言。,（三）超距作用是不存在的,根据以上三个条件构思的构思了一对处于自旋单态的粒子（,EPR,态）满足,让两个粒子沿相反的方向运动到足够远，然后测量其中一个的自旋，由于两粒子处于自旋单态，故另一个粒子波函数也同时坍缩至一个已知态，则这两个粒子之间坍缩信息传递速度为无限大，不满足狭义相对论信息传递不超过光速的要求,质疑,-,量力信息的开端,1932,年，,von Neumann,的,no-go,理论引入了一个系统的态，预示了一个比量子力学更完备更规范的理论“隐变量理论”出现的可能,隐变量理论,为了解决量子力学完备性问题，,Bohm,在,20,世纪,50,年代初提出隐变量模型。认为单次测量结果是确定的，只是它由一个未知的参数,隐变量的控制。隐变量模型对正统量子力学产生了巨大冲击。,孰对孰错,为了在正统量子力学和隐变量理论中做出选择，,1964,年,Bell,重新审视了,von Neuma-nn,的工作提出,Bell,不等式对隐变量理论提出质疑。,Bell,不等式,隐变数理论认为自旋朝,Z,轴的纯态可表示为,考虑两电子自旋单态,若同时从 方向测,A,自旋 方向测,B,自旋测,结果分别为 和 再将对应结果相乘,Bell,不等式,多次测量对,求平均可得关联函数,再选一个 方向重复试验，经推导可得,量子力学结果,按照量子力学，,AB,组成纠缠态,代入,bell,不等式得,取,则不等式破坏！,CHSH,不等式,1969,年,Clauser-Horne-Shimony-Holt,提出,CHSH,不等式。,若考虑关联实验的失误或误差因素则只能得,则,取,不等式破坏,!,实验检验,1981,年,Aspect,用原子瀑流的光子散射实验中验证,CHSH,不等式大程度的破坏。证明量子力学的正确性,量子信息,量子力学的正确表明信息的超光速的量子态隐形传输是可能的！,量子信息是编码在量子物理上的信息，量子信息的存储加工和传递很大程度上依赖于量子态的纠缠特性。,量子纠缠,简单的说，量子纠缠就是做,Schmidt,分解后对偶基还包含两项以上的纯态，纠缠度的大小表征携带有效信息的能力。可通过量子纠缠的浓缩（蒸馏）来提高纠缠度。,量子信息不可克隆,一个未知量子态不可以被完全拷贝。对量子态的测量会导致量子态所包含信息的改变。,量子隐形传态,1993,年,Bennett,等四个国家的六位科学家联合发表了题为“经由经典和,EPR,信道传送未知量子态”的文章。,1997,年奥地利学者在,nature,上报道了世界上第一个实现量子隐形传态的实验结果，引起了学术界的轰动。,基本思想,为传送某物的未知量子态，将原物的信息分为经典信息和量子信息两部分，经典信息是发送者对原物进行某种测量得到，量子信息为其余信息，接受者获得这两种信息后即可制造原物复制品。整个过程中只传递了原物的量子态，发送者可以对此量子态一无所知，而接收方可以将别的物质单元变换成与原物处于相同的量子态。,隐形传态的实现,若,Alice,要把下列态传给,Bob,其中,Alice,处于与,1,邻近的,2,位，,Bob,处于与,1,远离的,3,位,若,2,和,3,通过某种方式建立纠缠，且处于最大量子态,：,则三个量子态的初态为,Alice,对,1,，,2,位进行,C,NOT,操作,得,然后,Alice,对 进行,H,门操作,得,最后,Alice,对 的,1,，,2,位进行测量 就会坍缩到上述四个态之一，,Alice,把坍缩信息用经典通讯方式告诉,Bob,，,Bob,就知道该如何对,3,进行相应幺正操作，并重现,1,的量子态，实现,从,Alice,到,Bob,的远程传递,经典信道,经典信道,经典信道,R,L,发送电路,接收电路,S,S,L,隐形传态量子电路,谢谢大家,