量子隱形傳態(tài)第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容基本概念量子隱形傳態(tài)的基本理論量子態(tài)轉(zhuǎn)換第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五一、1997年,奧地利蔡林格小組在室內(nèi)首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫嶒烌炞C。二、2004年，這個小組利用多瑙河底的光纖信道,成功地將量子態(tài)隱形傳輸距離提高

到600米。但由于光纖信道中的損耗和環(huán)境的干擾,量子態(tài)隱形傳輸?shù)木嚯x難以

大幅度提高。三、2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現(xiàn)更遠(yuǎn)

距離的量子通信。在自由空間,環(huán)境對光量子態(tài)的干擾效應(yīng)極小,而光子一旦穿

透大氣層進(jìn)入外層空間,其損耗更是接近于零,這使得自由空間信道比光纖信道

在遠(yuǎn)距離傳輸方面更具優(yōu)勢。這個小組2005年在合肥創(chuàng)造了13公里的自由空

間雙向量子糾纏分發(fā)世界紀(jì)錄,同時驗證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光

子的可行性。四、2007年開始，中國科大——清華大學(xué)聯(lián)合小組在北京八達(dá)嶺與河北懷來之間架

設(shè)長達(dá)16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，最終在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸

穿越大氣層的可行性，為未來衛(wèi)星中繼的全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠基礎(chǔ)。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)最新進(jìn)展中科大和清華大學(xué)的聯(lián)合研究小組實現(xiàn)16公里的自由空間量子隱形傳態(tài)北京八達(dá)嶺到河北張家口市懷來縣第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

量子隱行傳態(tài)：將粒子的未知量子態(tài)傳輸?shù)搅硪粋€地方，把遠(yuǎn)處的另一個粒子制備到此態(tài)，原來的粒子仍在原處。定義：TeleportinganunknownquantumstateviadualclassicalandEPRchannels基本思想：

將原物的信息分成經(jīng)典信息和量子信息兩部分。他們分別通過經(jīng)典通道和量子信道傳輸給接收方。經(jīng)典信息是發(fā)送者對原物通過某種測量得到。量子信息是發(fā)送者在測量中未提取的信息。實現(xiàn)過程：Alice和Bob在空間上分隔兩地，Alice擁有粒子1、2,Bob擁有粒子3。在這里，粒子1處于信息態(tài)：未知概率幅包含相應(yīng)的信息傳輸?shù)牧孔討B(tài)第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五而粒子2和3構(gòu)成了四個Bell基其中之一，是一個完全的糾纏態(tài)，其可以作為Alice和Bob之間的量子通道，表示為：Bell基這三個粒子所組成的系統(tǒng)總的狀態(tài)為：第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五以粒子1和2的四個Bell基為展開次狀態(tài)Alice要將手中粒子1的信息態(tài)（實際即）傳送到Bob手中的粒子3。為了實現(xiàn)這個過程，必須首先由Alice對粒子1和2作Bell基測量，并且將測量的結(jié)果用經(jīng)典信息通道告訴給Bob，然后Bob根據(jù)Alice提供的信息，決定對粒子3作幺正變換，以實現(xiàn)對粒子1的傳輸。具體操作過程及結(jié)果如下：1）、如果Alice宣布Bell基測量結(jié)果為（即粒子3坍塌到展開式第一項），則Bob手上粒子3的態(tài)將為。此時Bob對粒子3做X操作：第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2）、如果Alice宣布Bell基測量結(jié)果為（即粒子3坍塌到展開式第二項），則Bob手上粒子3的態(tài)將為。此時Bob對粒子3做Y操作：3）、如果Alice宣布Bell基測量結(jié)果為（即粒子3坍塌到展開式第三項），則Bob手上粒子3的態(tài)將為。此時Bob對粒子3不做任何操作4）、如果Alice宣布Bell基測量結(jié)果為（即粒子3坍塌到展開式第四項），則Bob手上粒子3的態(tài)將為。此時Bob對粒子3做X操作：第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五例子：設(shè)計進(jìn)行量子隱形傳態(tài)的量子電路首先送信者和收信者共同擁有如下的貝爾狀態(tài)送信者的初期狀態(tài)如下：第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五1）、送信者A將自己擁有的兩個qubit經(jīng)過控制非門（CNOT）演算變換后，此時送收信者狀態(tài)將變換成如下狀態(tài)：2）、送信者A將自己擁有的第一個量子比特進(jìn)行H門操作第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五測量第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五經(jīng)典通道第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五有關(guān)量子teleportation隱形傳態(tài)值得注意一點是：在執(zhí)行測定的同時，送信者將毀滅自己希望傳送的qubit。也就是說：在執(zhí)行測定的瞬間送信者將失去自己的qubit，這個qubit附載的信息被傳送給了受信者。如此說來，是否可以說借助量子teleportation隱形傳態(tài)技術(shù)可以超越光速傳遞信息，回答是“No”。為什么，因為收信者在測定發(fā)生的瞬間無法得知送信者傳送的qubit，只有當(dāng)受信者獲得送信者通過經(jīng)典信道傳送過來的2bit信息，并對送信者的qubit執(zhí)行復(fù)原變換后才可獲知送信者的信息。從這一點上來說，利用量子teleportation隱形傳態(tài)技術(shù)傳遞信息，并非可以超越光速，這與物理法則并不矛盾。思考第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五實驗執(zhí)行（證明）圖2是奧地利小組的實驗原理裝置.O是糾纏光子對的光源(即參量下轉(zhuǎn)換器件),孿生光子分別傳送給Alice和Bob,Alice處有半透半反分束器BS和光子探測器A1,A2,Bob處有偏振探測器PD和兩個光子探測器B+,B-.第三者Carol通過偏振器把其光子制備到待發(fā)送的偏振態(tài)上,這個光子入射到分束器BS,與Alice的光子疊加在一起.為敘述方便,我們將Alice,Bob,Carol三人的光子分別稱為A,B,C光子.第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)分束器的量子理論,每個入射光子的反射或透射的幾率相同,當(dāng)分束器的兩個輸入口同時有一個光子進(jìn)入時,兩個光子的反射和透射幾率幅將發(fā)生重疊.基于量子力學(xué)的幺正性,若兩個光子同時被反射會出現(xiàn)一個附加負(fù)號,因此,兩個過程會彼此抵消.當(dāng)然,只有在兩個入射光子處于對稱態(tài)的場合才會出現(xiàn)這種情況.在兩個入射光子處于反對稱態(tài)[即如(1)式所示的單重糾纏態(tài)]時,兩種幾率將會出現(xiàn)另一個附加相對負(fù)號,因而產(chǎn)生相長干涉.因此,若A光子和C光子處于單重糾纏態(tài),那么分束器BS兩個輸出端的探測器將同時記錄到光子(即符合計數(shù)).借助于探測器A1和A2的這種符合計數(shù),可以將A光子和B光子投影到Bell基中的單重態(tài)上.為了確實一個未知的量子態(tài)能夠被隱形傳送,該實驗首先演示一組完備基矢可以被隱形傳送,然后再證實這個基矢的疊加態(tài)也可以被隱形傳送.為此,先使C光子處于45°線偏振態(tài),通過記錄探測器A1和A2之間的符合,可以識別C光子與A光子單重態(tài)|ψ-出現(xiàn)這個結(jié)果的幾率是25%.如果探測到A1和A2的符合,那么B光子應(yīng)當(dāng)處于45°的偏振態(tài).偏振探測器PD可以將B光子按其偏振狀態(tài)的不同經(jīng)由不同通道輸出,當(dāng)B光子處于45°偏振態(tài)時,探測器B+接收到光子,而探測器B-只能接收到處于-45°偏振的B光子.為證實量子隱形傳態(tài),一旦探測器A1和A2同時記錄到光子,此時應(yīng)當(dāng)只有B+會記錄到光子,而B-不可能探測到光子.因此,只要記錄到B+A1A2存在三重符合而B-A1A2不存在三重符合,便可證明A光子的偏振態(tài)已經(jīng)傳送給B光子了。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五Theprocesssummarization第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五AcompleteBell-statemeasurementcannotonlygivetheresultthatthetwoparticles1and2

areintheantisymmetricstate,butwithequalprobabilitiesof25%wecouldfindtheminanyoneofthethreeotherentangledstates.Whenthishappens,particle3isleftinoneofthreedifferentstates.ItcanthenbebroughtbyBobintothe

originalstateofparticle1byanaccordinglychosentransformation,

independentofthestateofparticle1,afterreceivingviaaclassical

communicationchanneltheinformationonwhichoftheBell-state.第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五AnalyseItisalsoimportanttonoticethattheBell-statemeasurementdoesnotrevealanyinformationonthepropertiesofanyoftheparticles.Thisistheveryreasonwhyquantumteleportationusingcoherenttwo-particlesuperpositionsworks,whileanymeasurementononeparticlesuperpositionswouldfail.Aftersuccessfulteleportationparticle1isnotavailableinitsoriginalstateanymore,andthereforeparticle3isnotaclonebutisreallytheresultofteleportation.量子態(tài)轉(zhuǎn)換問題近距離量子信息交換方案Quantumstatetransfer第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五Three-dimensionalquantumstatetransferbetweenspatially

separatedatomsviaselectivephotonemissionandabsorption

processesModeland

Purpose第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五TheinteractionHamiltonianofcavity-fibercanbewrittenas第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五Qualitativelydescription第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五Quantitativelydescription第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五ViasolvingtheEqs5inthesubspace(6),wepresentthedependenceofFontimeandratiocoe