环境噪音下的远程量子态制备与操控网络研究

Quantum remote state preparation and quantum operation remote implementation plays an important role in quantum information processing, such as long- distance quantum communication, blind quantum computation and distributed quantum computation.Most of the existing remote state preparation protocols concentrate on point-to-point state remote preparation and control based on ideal quantum channel. This project will focus on study the effect of different quantum entanglement signals，quantum channel noises and losses in quantum network on the efficient quantum remote quantum information processing. The main contents of the research include: designing new models for quantum state remote preparation and quantum operation remote implementation according to distributed quantum entanglements in quantum network, especially for joint remote state preparation and quantum operation remote implementation via real quantum entanglement signals; simulating the effect of different quantum channel noises and losses on the quantum communication network；constructing new quantum state purification methods with different quantum entanglement signals and noises ; especially for quantum state purification based on single-particle quantum systems in a noisy channel. Through the project, we want to improving the fidelity for quantum information in quantum communication network, and connect the theoretic models with the experimental application.

网络远程量子态制备与操控在远程量子通信、盲量子计算、分布式量子计算等量子信息任务中具有重要的应用价值。已有的研究主要考虑两点之间的量子态远程制备与操控，且大都是理想信道下的物理模型。本项目致力于网络中实际量子纠缠信号、信道不同程度的噪声与损耗对远程量子信息处理网络的效率影响研究。主要内容有：设计新的与纠缠信号相匹配的远程量子态制备与操控网络实用物理模型，特别是基于实际量子纠缠信号的量子态联合制备和量子态远程操控网络模型；模拟分析量子信道中噪声和损耗对远程量子信息处理网络影响；针对信道不同程度噪声设计新的量子信息纯化方案，特别是噪声环境下基于单粒子系统的量子纠缠纯化方法，并研究提高实际量子信号远程制备保真度的方法，实现理论模型与实验实现的接轨。

本课题目的是研究基于实用量子信道的远程量子态制备与操控网络。内容包括：研究信道噪声与损耗对远程量子态制备网络影响，寻找安全的量子态网络联合制备方法；改进量子态网络远程操控方案，研究实用量子纠缠信道，如多粒子纠缠类簇态来替换多粒子GHZ态，使用量子非破坏性测量，简化信息处理过程。经过三年的相关研究，我们超额完成了预期目标。.首先，我们提出了一个多光子态远程联合制备方法，仅使用简单线性光学元件消除噪声信道对量子态联合制备影响，提出了第一个任意单量子比特操控网络远程联合实现模型，提高了量子态远程操控安全。我们也设计了一个基于超纠缠信道的量子态网络并行远程制备模型，具有可行性强的优点。其次，我们提出了杂化量子态网络远程制备模型，实现了路径、极化自由度同时编码的光量子态远程制备，在传送粒子数相同的条件下，提高了量子态远程制备效率。再次，我们提出了基于双粒子纠缠态的并行量子态远程操控模型；提出了网络多用户间量子态可控联合制备方法；提出了一个基于部分纠缠信道的可控量子态远程操控模型，一个基于联合噪声信道的非定域Toffoli门远程实现方法。.在本课题相关研究中，我们已经发表SCI收录学术论文7篇，其中Quantum Inf. Process.上3篇，JOSA B上1篇。