广义量子测量在量子通信应用中的研究

在量子理论中测量是最基本的问题之一，近年来测量在量子计算和量子信息处理中更显示出了特别重要的作用。通过广义量子测量人们能获得量子计算机的计算结果, 得到被测系统的重要性质,而且应用广义量子测量还能正确区分量子态。特别是在量子隐形传态，量子保密通信，量子稠密编码，以及量子纠错码等有着应用前景的量子通信的研究领域中测量更是不可缺少的。本项目研究广义量子测量在量子信息处理应用中的若干理论问题，特别是如何将其应用于量子隐形传态，量子态的远程制备， 量子秘密共享， 量子安全直接通信，量子信息网络等前沿量子信息处理领域。

研究了广义量子测量在量子纠缠度量及探测，量子隐形传态，量子态的远程制备，量子秘密共享，量子安全直接通信，量子信息网络等前沿量子信息处理领域的若干理论问题。本项目组在国家自然科学基金的大力支持下取得了一系列成果，发表SCI收录论文16篇。. 1. 提出了一种具有重要性质（对k-可分态为零，具有单调性，凸性，子可加性等）的多体纠缠度, 用此纠缠度可探测k-不可分多体量子混合态。给出了可用广义量子测量方法获得的该纠缠度的两个下界以及应用这两个下界探测到的新的量子纠缠混合态。. 2. 得到了真正多体混合量子纠缠态和不可分多体混合量子态的简单且实用的判别准则。应用这些准则，可用现在的实验对量子态系综进行广义量子测量，判断多体量子态是否是纠缠态。. 3. 研究了用于确定N比特最大纠缠态所需非对易可观测量的最小个数。通过研究我们惊奇的发现，对任意N比特GHZ态及其局域幺正等价态，仅用两个非对易观测量就可将其唯一的确定出来。因此，仅对两个局域观测量进行广义量子测量就可查明量子通道是否安全，而不是原来人们普遍认为的需要测量N个局域可观测量。. 4. 提出了一个基于四能级粒子纠缠的量子密钥分配协议和使用四能级粒子的受控的量子密钥分配方案，并证明应用广义量子测量能保证这两个协议的安全性。基于弱非线性及对称量子密码体系提出了一个量子信息签名方案。. 5. 基于广义量子测量方法研究了使用非最大纠缠通道的d能级量子态链传态的不同战略，得到了分立链传态协议和整体链传态协议的成功概率。提出了两个平行W态作为量子通道完美传输两个量子比特纠缠态的量子隐形传输方案。利用2N个量子比特的W态作为量子通信通道通过广义量子测量实现了完善的量子隐形传态和稠密编码。建立了一个经由非最大纠缠GHZ态实现的概率量子隐形传态方案。给出了一个概率量子隐形传输离子阱中两粒子未知量子态的方案。. 6. 提出了基于使用三粒子GHZ态，用两步方法遥远制备任意两能级量子态的方案，并将此方案推广到遥远制备高维希尔伯特空间量子态的情况。