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1、量子力学新进展3量子信息引论郭光灿(中国科学技术大学量子通信与量子计算开放研究实验室合肥230026)摘要文章在简述量子信息的发展背景之后,介绍了量子纠缠、量子计算、量子密码、量子因特网、量子克隆、量子对策论等方面的内容,既阐述了相关的基本概念,也论及最新的研究进展.关键词量子信息,量子通信,量子计算,量子对策论INTRODUCTIONTOQUANTUMINFORMATIONGUOGuang2Can(LaboratoryofQuantumCommunicationandQuantumComputation,UniversityofScienceandTechno
2、logyofChina,Hefei230026,China)AbstractAfteranintroductiontothebackgroundofquantuminformationwereviewthemaintopicsinthisfield,in2cludingquantumentanglement,quantumcomputation,quantumcryptography,quantumcommunication,quantumclon2ingandquantumgametheory.Wedeseribenotonlytherelevantbasic
3、concepts,butalsonewdevelopmentsinquantuminformationresearch.Keywordsquantuminformation,quantumcommunication,quantumcomputation,quantumgametheory实行相应的幺正变换,而信息提取则是对量子信息1引言系统实施量子测量.因此,量子世界的奇妙特性(如叠加性、相干性、量子信息是信息科学与量子力学相结合的新兴纠缠性、不可克隆定理等)会在信息过程中发挥出重交叉学科,开拓了量子力学应用的新天地,为21世要作用,使量子信息系统的信息功能突破
4、现有经典纪信息科学的发展提供了新的原理和方法.信息系统的极限.例如,量子计算机可攻破现有的密著名物理学家费恩曼(Feynman)曾指出:量子力码体系,量子密码能提供绝对安全的保密通信系统,学的精妙之处在于引入几率幅(即量子态)的概念.量子因特网可构造性能独特的新型通信网络.事实上,量子世界的千奇百怪的特性正是起源于这国际著名的量子信息权威Bennett于2000年曾[1]个量子态.而量子理论的长期激烈争论的焦点也在在《Nature》上发表一篇评述性文章,他精辟地指于这个量子态.量子信息科学采用这个奇妙的量子出,从经典信息到量子信息的推广,就象从实数到复态作为信息
5、单元(称为量子比特).量子比特是两态数的推广一样.量子系统的任意叠加态:量子信息的基体是经典信息和量子纠缠,两者22ψ〉=C00〉+C11〉,C0+C1=1,具有截然不同的特性:经典信息可以克隆,但只能沿式中0〉和1〉为正交态,通常称为计算基态或数据着时间箭头方向传播,而量子纠缠不可克隆,但却能态.把时空中的任意两点联系起来.所以,量子信息除研量子比特的物理载体是任何两态的量子系统,究诸如计算、传输等传统内容之外,还萌生出如量子如光子、电子、原子、原子核、声子等等.一旦用量子对策、量子通信复杂性等新的课题.态来表示信息,便实现了信息的“量子化”,于是信息的过程必
6、须遵从量子物理原理.例如信息传输是指3国家自然科学基金(批准号:19874056)资助项目2001-01-22收到量子态在通道中的传送,信息处理便是指对量子态·286·物理2量子纠缠量子纠缠是存在于多子系的量子系统中的一种奇妙现象,即对一个子系统的测量结果无法独立于对其他子系统的测量参数.虽然近些年来,随着量子信息的蓬勃发展,量子纠缠逐渐成为人们的热门话题,但它并不是什么新事物.“纠缠”这一名词的出现可以追溯到量子力学诞生之初.例如,在爱因斯坦等图1识别Bell态的量子网络[2]人于1935年提出的EPR佯谬中便已提出纠缠态的想法,玻尔在这个争论中也看到了,在考
7、虑多粒子换:+-+-时量子理论会导致纯粹的量子效应.然而,无论是玻σ3:
8、<〉
9、<〉,
10、ψ〉
11、ψ〉,++--尔还是爱因斯坦,都没有洞悉他们所讨论的纠缠态σ1:
12、<〉
13、ψ〉,
14、ψ〉
15、ψ〉,+--+的全部含义,在经过数十年的努力后,量子纠缠的含σ2Zσ1σ3:
16、<〉→
17、ψ〉,
18、<〉→
19、ψ〉.[3]义才逐渐地被发掘出来.现在,量子纠缠态已被广这些局域变换无法改变每个粒子(A,B)的状泛地应用于量子信息的各个领域.态,它们均为ρA=ρB=IP2.故局域操作可以编制经那么,什么样的量子态才算是纠缠态呢?设想典比特信息于Bell态之中,但局域操作无法提取所有个由A和
20、B构成的复合系统,若其量
