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基于多粒子纠缠态的可控量子隐形传态

作　者: 陈解放
导　师: 郭迎
学　校: 中南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 多粒子纠缠态 可控量子隐形传态 超纠缠态 GHZ态 Brown态
分类号: TN918
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


量子通信是量子信息学的一个重要分支,主要包括量子隐形传态、量子超密编码、量子密钥分配等,其中,可控量子隐形传态是量子通信中最引人注目的方向之一,它是量子非局域性最切实的证明。量子纠缠态是量子通信和量子计算中的重要资源,具有不可替代的作用。目前对于一般的二粒子纠缠态,人们已经进行了广泛的研究,但是对于多粒子纠缠态的研究人们还处于探索的阶段。为了解决量子网络中的通信安全和编码效率以及量子网络的实际应用问题,本文从量子纠缠的特性出发,基于簇态利用可控量子隐形传态技术和超纠缠技术相结合的方法,提出了几种新方案。具体如下：首先,提出一种简单的基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态方案。相比Karlsson等人提出的方案,该方案由于引入了簇态,使得其在实际的量子信息处理中可能更具优势。随后本文又对上述方案进行了改进,提出了两种基于超纠缠Brown态的双向可控量子隐形传态方案,通过引入超纠缠技术,虽然传输的也是单粒子,但是包含了极化自由度和空间自由度,因此携带的信息量增多,提高了编码效率。其中全双工方案能以一定的概率实现量子网络中的参与者同时接收和发送量子态。最后,对基于超纠缠Brown态的双向可控量子隐形传态方案进行了安全性分析,证明方案能很好地抵御常见的攻击策略。本论文中提出的基于超纠缠Brown态的双向可控量子隐形传态方案能在一定程度上提高量子系统的信道容量和远距离量子通信能力,对量子通信网络的实际应用有一定的使用价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-15
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 研究现状  11-13
    1.2.1 非最大纠缠信道的隐形传态  12-13
    1.2.2 隐形传送任意N粒子量子态  13
  1.3 论文的主要研究内容和组织结构  13-15
2. 量子隐形传态的理论基础  15-30
  2.1 量子力学基础  15-20
    2.1.1 状态空间和量子态  15-16
    2.1.2 量子比特(qubit)  16-17
    2.1.3 量子测量  17-18
    2.1.4 密度算子  18-19
    2.1.5 Schmidt分解和纠缠态  19-20
  2.2 量子纠缠态  20-22
    2.2.1 Bell态  20-21
    2.2.2 GHZ态  21-22
    2.2.3 簇态  22
  2.3 常用量子逻辑门和酉矩阵  22-23
    2.3.1 量子逻辑门  22-23
    2.3.2 酉矩阵  23
  2.4 量子力学基本定理  23-25
    2.4.1 Heisenberger测不准定理  23-24
    2.4.2 量子不可克隆定理  24-25
  2.5 量子隐形传态  25-27
    2.5.1 纯态的量子纠缠  26-27
    2.5.2 Bell基及联合测量  27
  2.6 纠缠交换  27-28
  2.7 超纠缠  28-29
  2.8 本章小结  29-30
3. 基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态  30-41
  3.1 经典量子隐形传态方案  30-31
  3.2 基于三粒子GHZ态的可控量子隐形传态方案  31-33
  3.3 基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态方案  33-40
    3.3.1 Karlsson方案的不足  33-34
    3.3.2 本方案的创新改进思路  34
    3.3.3 本方案的基本框架  34-35
    3.3.4 基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态方案  35-40
  3.4 本章小结  40-41
4. 基于超纠缠Brown态的双向可控量子隐形传态  41-53
  4.1 基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态方案的不足  41
  4.2 本方案的创新改进思路  41
  4.3 本方案的基本框架  41-42
  4.4 基于超纠缠Brown态的半双工可控量子隐形传态方案  42-47
    4.4.1 准备工作  43
    4.4.2 方案描述  43-45
    4.4.3 方案实例  45-47
  4.5 基于超纠缠Brown态的全双工概率性可控量子隐形传态方案  47-51
    4.5.1 准备工作  47-48
    4.5.2 方案描述  48-50
    4.5.3 方案实例  50-51
  4.6 安全性分析  51-52
  4.7 本章小结  52-53
5. 总结与展望  53-55
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间主要研究成果  59-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信保密与通信安全
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