基于自旋链量子通讯中的信息编码与存取方法研究

自旋链是量子计算装置内部所需要的短程量子通讯的较好通讯通道。由于演化过程中散射及其它因素的影响，很难利用自旋链完美的传递一个量子态。本项目以一类基于无消相干子空间编码的量子态能实现高保真度的量子通讯为基础，研究该类编码可以避免演化过程中散射问题的物理原因。在此基础上，提出对不同的物理系统能大幅度提高传输保真度的普遍优化编码方案。另外，对于得到的多自旋编码态，研究接收者如何将其存储，以及在需要的时候将其取出等相关问题。本项目提出的编码方案将在自旋链系统演化过程中不需对其施加外部控制前提下大幅度提高通讯质量，这对于最终实现量子计算器件内部短距离通讯有重要的理论意义和实用价值。

利用自旋系统在固态量子器件内部实现短距离量子通信引起了人们的关注。我们按照项目的研究计划，在提高以自旋链作为信道的通信保真度方面做了一些工作，圆满的完成了项目内容。首先，我们发现通过合适的编码一类特殊的量子态，可以获得较高的通信质量，并且提出了寻找该类量子态的方法。其次，我们考虑了通信时初态制备的问题，求解了初态包含任意激发个数时的通信保真度，发现多个激发子空间同样可以高质量的通信。再次，我们将通信通道提高到二维自旋网络，通过解析推导与精确的数值计算两种方式，发现格点位置分布的对称性对于通信保真度有重要影响。最后，我们讨论了存在环境噪声情况下的量子通信问题，提出了容错量子态传输的方案。我们的上述研究对于实现量子器件内部量子通信有重要的理论意义和实用价值。