遠程量子相干性及其在遠程量子效應中的套用

《遠程量子相干性及其在遠程量子效應中的套用》是依託山東大學，由胡雪元擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：遠程量子相干性及其在遠程量子效應中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡雪元
• 依託單位：山東大學

中文摘要

本項目提出遠程量子相干性的定義，並利用這一概念來討論量子操控和局域增強量子關聯等遠程量子效應，從而致力於解決量子相干性的量化問題，以及遠程量子效應的根源問題等量子物理和量子信息理論領域的重大科學問題。我們首先定義兩比特A和B的量子態的遠程量子相干性如下：測量B使得A被操控到的輸出量子態的密度矩陣的非對角元之模，定義為該量子操控下的遠程相干性；而對所有可能的量子操控取極大值，即為該量子態的遠程相干性。其中，密度矩陣的基可選為A的初態約化密度矩陣的本徵基，亦可選為B對A的另一種量子操控所得的量子態的本徵基。隨後，我們通過理論分析和數值對比的方法，研究遠程量子相干性與量子操控橢球之間的關係，並將遠程量子相干性的定義推廣到高維體系，考察其在局域增強量子關聯效應中所起的作用。本項目首次提出遠程量子相干性的概念，並利用量子信息的手段解決量子物理的基本問題，是以全新的視角研究量子相干性問題。

結題摘要

量子相干性，源於量子力學態疊加原理，已成為人們探究量子物理實質的途徑，並套用於量子信息等新興學科。遠程的量子效應，包括量子糾纏、量子導引、量子關聯，自量子力學誕生之初就引起廣泛的研究興趣，也是量子通信和量子計算的重要資源。本項目考慮相互關聯的兩體體系，研究量子導引這一遠程的量子效應所能夠誘發的局域量子相干性，並建立了遠程量子相干性和量子關聯之間的內在聯繫。具體而言，我們首先引入最大可導引相干性的概念，用來描述導引可遠程產生的最大相干性；隨後，我們利用導引的方式，嚴格證明了，如果兩個站點之間存在量子關聯，那么其中一方就可遠程的提取另外一方的相干性，且提取出的相干性上界為量子關聯，從而將量子相干性和量子關聯這兩個量子信息的重要資源聯繫起來；在上述研究內容的基礎上，我們將研究內容拓展到量子相干的資源理論方面，先後完成了相干性非產生信道的刻畫和性質、非相干信道的分類和可度量相干見證的定義和性質這幾個方面的研究內容，為後續的項目研究做鋪墊。我們的上述結論具有如下科學意義。第一，我們建立了量子關聯和量子相干這兩類量子資源之間的內在關聯，從而為實現各類量子關聯之間的轉換提供了理論依據；第二，我們提出了不同於量子糾纏和量子關聯的、度量遠程量子效應的全新物理量，用以刻畫遠程控制能力；第三，我們給出了區分各類非相干操作的方法，為量子資源理論中自由操作的劃分提供依據。本項目的研究結果具有一定開創性，在此基礎上，我們的研究計畫是利用量子資源論的方法研究量子特性，特別是量子操作、量子測量中所包含的量子特性。本項目嚴格按照研究計畫進行，在項目資助的三年內，合計發表SCI論文7篇，被引總數101次。