收录于话题
#《量子信息与量子计算》文字版
20个内容
量子纠缠是量子信息科学的重要的研究课题之一。多粒子量子纠缠态是研究多量子比特系统不可或缺的资源。它可以用于大规模量子计算、多粒子量子通信和量子模拟方法等等。多粒子体系的复合系统中，系统的直积态是指复合系统的量子态可以表示成两个子系统的态的直积的形式，也称为可分态。如果该系统量子态不能够用各个子系统的直积形式来表示，此时我们就称该复合系统处于量子纠缠态，也称为不可分态。常见的两比特纠缠态是Bell态，是两比特最大纠缠态，它表示为
此时两个量子比特的测量结果要么是“一定相同”要么“一定不同”。爱因斯坦和薛定谔两位大叔质疑量子力学不完备用的就是上述最大纠缠态。定理1：如果有两个不同的非正交态，不存在一个物理过程可以作出两者的完全拷贝。
注意，定理2否定了精确复制未知量子态的可能性，但是：不保证复制后的2个末态与原始态完全相同的“不完美克隆”[2]是可能的；不保证复制必定成功的“概率量子克隆”[3]也是可能的。定理3：要从编码在非正交量子态中获得信息，不扰动这些态是不可能的。也就是说仪器末态不可区分。这个定理表明，用非正交态编码的经典信息是不能用任何测量方法完全提取出来的。量子隐形传态是指将甲地的一个粒子的未知量子状态在远处乙地的另一粒子上重新构建出来的过程。由于量子力学的不可克隆原理，我们不能在不破坏量子状态的前提下精确地将它的所有信息全部提取出来，只能将原量子态的信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道传送到乙地。根据这些信息，就能够在乙地利用相应的操作构造出原量子态。
最早记载“物质传送器”的故事是1877年Edward Page Mitchell的“没有身体的人”。 早在1878年就已经有记录了使用“Teleport”来描述一个地方与另一个地方之间物体的“超时空传输”。1931年美国作家Charles Fort创造了Teleportation这个词，以描述他认为可能关联的两个地方的物体异常失踪和出现，他加入了希腊语前缀tele-（“遥远”）到拉丁语动词portare（“携带”）。Fort在他1931年出版的奇幻小说《Lo！》中第一次正式使用了这个词，指代传送物体的运输力。1993 年，Bennett 等6 位科学家在物理学顶尖研究期刊《Physical Review Letters》 上发表了一篇题为“由经典通道和EPR 通道传送（Teleportation）未知量子态”的论文[4]，开创了研究量子隐形传态研究的先河。在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的“超时空传输”，在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。
前提：要实现量子隐形传态，首先要求接收方和发送方拥有一对共享的处于最大纠缠态（entangled）的粒子（即EPR对），这用来作为量子通道传输粒子携带的量子信息。
第一步，发送方对在甲地他所拥有的一半EPR对和所要发送的信息所在的粒子进行联合测量，记录测量结果。测量后，由于EPR对的非局域（nonlocal）关联（量子世界特有的关联），此时甲地未知态的全部量子信息将会瞬间“转移”到乙地EPR对的第二个粒子上（它瞬间坍缩为另一状态）。第二步，发送方将测量结果通过电话等经典信道手段告诉乙地的接收方。第三步，接收方根据这条信息对自己所拥有的另一半EPR对做相应操作即可恢复原本信息，在乙地构造出原量子态的全貌。（1）甲地粒子到乙地粒子量子信息的传递在联合测量后就已经完成，可以瞬间发生在任意的时空之间。没有通过经典通道传送的经典信息，传输的信息将不能被提取，也就是说隐形传态还没有成功。而经典通道的通讯速度受到相对性原理的限制，不可能超过光速。（2）量子隐形传态不违背符合量子力学的不可克隆定理。因为在联合基测量后，甲地粒子的量子状态已被破坏掉了，量子隐形传态只是使甲地粒子的量子态在乙地的一个粒子上重新构建出来。（3）发送者和接收者在整个传输过程中都不需要知道他们所传输的或者接收的量子态的任何信息，因而量子隐形传态提供了操控量子态而不破坏量子态的可能性。[1] W. K. Wootters and W. H. Zurek, Nature (London) 299, 802 (1982).[2] V. Bužek and M. Hillery, Phys. Rev. A 54, 1844 (1996) .[3] L.-M. Duan and G.-C. Guo, Phys. Rev. Lett. 80, 4999 (1998) .[4] C. H. Bennett et al., Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).
===================================