自旋链在量子信息中的应用

《自旋链在量子信息中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2005年10月西　安　邮　电　学　院　学　报Oct12005第10卷　第4期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELECOMMUNICATIONSVol110No14自旋链在量子信息中的应用惠小强,陈文学(西安邮电学院应用数学与物理系,陕西西安　710061)摘要:介绍了自旋链在量子信息过程中的应用,包括在量子密码和隐形传输中以及量子计算中的应用,自旋链可以充当量子通道用来传输量子态,自旋链也可以用来实现量子通用门。关键词:自旋链;量子纠缠;量子通道;量子通用门中图分类

2、号:O413　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1007-3264(2005)04-0107-04[1]法。量子密码依赖于两点:一是基本量子力学效1　量子信息科学应(如测不准原理,Bell原理);二是量子密钥分配协[2]议。目前为止,主要有3类量子密码实现方案:量子信息科学是量子力学与信息科学相结合的(1)基于单光子量子信道中测不准原理的产物,用量子态来表示信息是量子信息的出发点,有(BB92)方案;关信息的所有问题都必须采用量子力学理论来处(2)基于量子相关信道中Bell原理的Ekert方理,

3、信息的演变遵从薛定谔方程,信息传输就是量子案;态在量子通道中的传送,信息处理(计算)是量子态(3)基于两个非正交量子态性质的Bennett方的幺正变换,信息提取便是对量子系统实行量子测案。量。它的主要内容包括:量子密码、量子通信和量子量子密钥分发中核心是量子纠缠通道,即通信计算等。双方要共享一对纠缠源,这一角色通常是由光子担1.1　量子密码当。密码通信是依靠密钥、编码规则和密钥传送三1.2　量子通信方面的保密来保证其安全性。随着密码学数学理论量子通信包括量子隐形传态(Teleportation)和的发展

4、,出现了越来越复杂的密码,但理论上不被破密集编码,前者利用经典辅助的方法传送未知的量译的可能性并未得以证明,日益增强的计算机使得子态,本质上利用了一个纠缠通道使一个未知量子复杂的密码也不断被破译。唯有永远不被重复使用态在某地消失而在异地重新合成的过程;后者则是的随机数密码本(称为vernam或一次性便笺式密码利用量子信道传送用经典比特表示的信息,本质上本)从数学上被证明是不可破译的。但因为它和明仍是纠缠对充当量子通道,编码一个位而传递两位文一样长,要求通信双方经常生成、传送并保存数量的信息。庞大的数据库

5、作为密码本,使用很不方便。其次,密1.3　量子计算码本在传送过程中有可能被截获、复掉或篡改。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速量子密码技术为密钥分配提供了解决的办数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。收稿日期:2005-03-25基金项目:国家自然科学基金(10347138),陕西省自然科学基金(2004A15),陕西省教育厅(03JK062),西安邮电学院中青年基金(ZL1050401)资助项目。作者简介:惠小强(1974-),男,陕西长安人,西安邮电学院应用数学与物理系讲师。陈文学(1

6、963-),男,陕西户县人,西安邮电学院应用数学与物理系副教授。·108·西　安　邮　电　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　2005年10月当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量链的纠缠动力学演化分为3类:自旋Z分量确定、自子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念旋Z分量不确定但其时间演化不变和自旋Z分量源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的不守恒时初始态的时间演化,不同的演化种类下,纠是为了解决计算机的能耗问题。缠态传输的纠缠共享和时间标度不同。纠缠动力学量子比特可以制备在两个逻

7、辑态0和1的相干演化的过程中最重要的性质是远距离自旋之间的纠叠加态,一个N物理比特的量子存储器可以同时存缠,该种纠缠可以通过2种方法获得:自旋的Z分量NN储2个数(经典存储器只可以存储)2个数中一和磁场相互作用或者令不同的自旋之间有不同的交N个),所以也可以同时对这2个数进行操作(真正意换积分。义的并行),因此可以最大限度地节省运算资源(如研究表明使用一个未调制的自旋网络可以实现[8]时间、记忆单元等),另外它还可以模拟量子系相位协变克隆器。在一类自旋量子位构成的网[3][6]统。络中。在一定的时间段内

8、,任何量子态都可以完在量子计算的实现中,技术上要解决三类问题:整地传输,这种网络也不需要开关量子位之间的耦一是量子算法,它是提高运算速度的关键,目前已研合,在N量子位的相同耦合的自旋网络中,2log3N究成功Shor量子并行算法、Grover量子搜寻算法是最大的完整传输距离,如果允许量子位之间有不等;二是量子编码,它是克服消相干的有效办法,目同的耦合,量子态可以在线性自旋链中任意的距离前已有量子纠错、量子避错和量子防错三种不同原完整传输。自