量子關聯的度量及其與量子糾纏的比較

《量子關聯的度量及其與量子糾纏的比較》是依託南昌大學，由黃接輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：量子關聯的度量及其與量子糾纏的比較
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃接輝
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

本項目擬從理論上探討量子態中量子關聯的物理內涵及其在量子信息領域中潛在的套用價值。量子關聯與量子糾纏在本質上的聯繫和區別也是本項目關注的重點。研究主要分為三個階段：首先，我們從量子非局域性角度出發給出2-4個關於量子關聯的無量綱度量方案，使其在純態情況下與concurrence保持一致，並依據其一般特性為量子關聯做出合理的物理解釋。第二階段我們將提出具體的實驗和數據處理方案來檢驗一個量子態中是否存在量子關聯和量子糾纏，其中量子關聯的驗證只需要一組正交投影，而量子糾纏的驗證需要至少兩組正交投影測量。最後我們將探討量子關聯在量子信息領域的作用和潛在的套用前景。以實例演示的方式來說明量子關聯在量子隱形傳態，BELL測量，鬼成像等實驗中所能起的作用，並跟量子糾纏在這些實驗當中的角色做比較，進而追蹤其背後的物理根源。本項目的研究內容既是量子信息領域的理論前沿，又和相關實驗及套用緊密相關。

結題摘要

量子關聯和量子糾纏是量子信息處理中的關鍵資源。項目組成員圍繞計畫書中預定的研究內容和目標，對量子關聯和量子糾纏的基本概念，特性，相互關聯及區別進行了深入研究。我們的研究工作大致可以分為三類。在量子糾纏和量子關聯的特性及其度量課題上，我們研究了①三體糾纏在光子晶體中的演化，發現滿激發的三體糾纏在噪音環境中壽命相對比較短，而多體量子糾纏比兩體量子糾纏更脆弱；各項同性光子晶體環境有利於量子糾纏消亡後的復活，這是光子晶體的記憶效應所致；②我們構造了可拓展的量子糾纏判據，我們從而能快速、高效地檢測任意一個多體高維量子態有沒有量子糾纏；③我們定義了一個量子關聯的簡易度量方案。這種度量方式計算簡單，不需要用到任何複雜的最佳化手段，甚至可以為很多量子態給出解析的計算結果，對量子關聯的理論研究提供了良好的研究工具。 在量子關聯和量子糾纏的套用方面，我們提出了一個量子對話方案，從理論上保證了對話的可靠性和安全性。我們討論了四能級量子製冷循環中量子糾纏對製冷效率的影響；此外，我們探討了量子渦旋態的特性及套用，分數糾纏變換和菲涅爾變換在量子糾纏和量子壓縮問題中的套用等相關問題。 最後，我們對光的量子特性的研究進行了深入研究。在討論光的波粒二象性與量子不確定原理之間的關係時，我們創造性地引入了光子路徑信息和波動信息的算符表示。對單光子系統而言，光的波粒二象性信息跟系統內的量子漲落有一個此消彼長的互補關係，它們的加和保持為一固定常數，這一結論已經得到了實驗驗證。我們接著把光的波粒二象性研究推廣到高維情況，得出了一個適用於多光子甚至經典光的通用的高維波粒二象性關係，並通過了實驗驗證。我們還發現，傅立葉光譜可以用來追蹤光子軌跡。本項目自2012年獲得資助以來，圓滿完成了項目申請書中的各項研究目標，並以此為基礎有了一些新發現。我們從而對量子關聯和量子糾纏的物理本質有了新的認識，對其在量子信息處理中的套用有了更深的理解。這些成果對量子關聯和量子糾纏的實際套用具有積極的指導意義。相關的研究成果以12篇規範的科技論文的形式發表在各級別的SCI刊物上，其中4篇發表在Physical Review A上，1篇發表在Optics Express上，期刊Quantum Information Process和Laser Physics Letters上各1篇。