量子网络理论的基础研究

The theory and technology of quantum network is an important research field, it has got a big development in recent years. Since Professor Kimble has published his paper about quantum Internet on Nature in 2008, there have been many excellent papers in this field published on these top journals, such as Nature, PNAS, PRL. Quantum network mainly deals with quantum communication and the network topology of quantum computers. Quantum nodes and quantum channels are two elementary elements of it. And with the help of quantum channels, those quantum nodes can share quantum entanglement or quantum coherence in general. For quantum nodes, there are two different kinds, called storage nodes and operation nodes. They complete the storage and operation of quantum information. By studying the mathematical representation of quantum nodes, the correlation between quantum nodes and quantum channels, and the correlation among different quantum channels, our project aims for establishing a theory of quantum network satisfying these requirements, then makes an overall performance analysis of the established quantum network.

量子网络理论及技术是近年迅速发展起来的一个重要研究方向，自从 2008 年 Kimble 在自然上发表量子因特网论文以来，自然、美国科学院院刊、物理评论快报等学术界最顶尖期刊发表了多篇量子网络及相关问题的研究论文。量子网络要研究和解决的问题是量子通讯和量子计算机的网络布局问题，其构成要素是量子节点和量子信道。各量子节点通过量子信道共享量子纠缠或更一般的量子相干。量子节点分为存储节点和操作节点，完成量子信息的存储和操作。本项目将通过研究量子节点的数学表现形式、量子节点与量子信道之间的关联，以及 不同量子信道之间的关联等，来建立适合上述要求的量子网络理论，并对这样的量子网络给出整体性能分析。

量子网络理论及相关问题是量子信息理论和量子计算理论的重要研究课题。近年来受到了国内外学术界的广泛关注。量子网络的关键是量子节点和量子信道的布局。而量子节点之间的关联性，量子节点的相干性以及纠缠与相干性之间的相互转化，量子信道动态性等问题的研究是量子网络研究的基础。此外，最近人们将PT-对称理论用于量子压缩感知和量子线路的研究，这说明PT-对称量子系统及该系统的非局域性将对一般的量子网络研究提供重要信息。对称蕴含着某种事半功倍，因而PT-对称理论将对量子网络的复杂性予以某种程度的约化。本项目在PT-对称量子系统的模拟及非局域性、量子相干性转化为量子纠缠的方案、量子动态相干性、量子三角网络的拓扑构成和整体性能等方面取得了多项研究成果，在美国物理学会主办的国际著名期刊物理评论快报 、物理评论 A、正性、量子信息与计算发表了 10 篇研究论文，另有3篇论文在投稿过程中。