量子通信 第三章量子隐形传态
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3）纠缠测量 Alice对光子2和光子1组成的量子系统进行测量，使得 光子3的量子态发生了相应的改变。
4）经典信息传送 Alice将测量结果通过经典信道发给Bob。
5）量子变换 Bob收到Alice的测量结果后，对光子3做适当的U变
换操作，即可得到要传递的量子态。
不需要传送光子1，Alice的信息通过纠缠光子对2和 3传给了Bob。
2 123 (
0 1 )
1
1
1 ( 00 11 )
2
23
23
1 [ ( 0 1 ) ( 0 1 )
2
12
3
3
12
3
3
( 1 0 ) ( 1 0 )]
12
3
3
12
3
3
（3.3）
3.1 量子隐形传态原理
Alice在贝尔基下测量她所拥有的两个量子 比特，测量之后，系统状态分别以概率1/4 取四个可能结果中的一个
第3章 量子隐形传态
3.1 量子隐形传态原理 3.2 量子隐形传态实验 3.3 多量子比特的隐形传态
3.1 量子隐形传态原理
问题的来源
假设Alice有一个量子比特：
0 1
（3.1）
1
1
1
其量子态未知，0 和 1 是两个正交基，复数 和
满足 2 2 1。
她希望把这个量子比特发送给Bob，但是，不
（3.5）
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
然后，Alice将她的测量结果发给Bob。Bob根据Alice 公布的测量结果，采取相应的U操作即可恢复出要传送 的量子态。
3.1 量子隐形传态原理
Bob子系统的约化密度算子为
AB
1 [(
4
0
1 )( *
0
*
1)
( 0 1 )( * 0 * 1 )
1 )( *
0
*
1)
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
2( 2 2 ) | 0 0 | 2( 2 2 ) |1 1| （3.6）
4
| 0 0 | |1 1| I
2
2
在Alice完成测量之后，Bob得到测量结果之前， Bob子系统的状态是 I / 2 。这个状态不依赖于需要传送 的状态 | 。因此，这个时候，Bob进行的任何测量都 不包含关于状态 | 的信息。使得Alice不可能利用隐 形传态以超光速向Bob传送信息。所谓的量子超光速通 信是不可能的。
3.2 量子隐形传态实验
➢ 1997年，奥地利的Zeilinger研究小组在《Nature》 上报道了世界上第一个量子隐形传态的实验结果。
➢ 2000年，美国洛斯阿拉莫斯的研究人员使用百度文库磁共振 （NMR）实现了核自旋量子态的隐形传输。
➢ 2002年，意大利的研究人员又报道了实现两个不同场 模中真空和单光子所构成的纠缠量子比特的隐形传输
3.1 量子隐形传态原理
传输特点 在量子隐形传态过程中，原物并没有被传送 给接收者，它始终停留在发送者处，被传送 的仅仅是原物的量子态。在传输过程中，发 送者不需要知道原物的这个量子态。接收者 将另一个光子的状态变换成与原物完全相同 的量子态。在传输过程结束以后，原物的这 个量子态，由于发送者进行测量和提取经典 信息而坍缩损坏。
想将这个粒子直接传给他。在这种情况下Alice
怎么把这个量子比特传给Bob呢？
3.1 量子隐形传态原理
解决方法 第一步：首先在Alice和Bob之间建立一个共同
分享的量子信道，即：两人共同拥有的纠缠 光子对。 第二步：然后进行未知量子态的传输。
量子隐形传态的基本思想
将原物的信息分为两部分：经典信息和量子 信息。经典信息通过经典信道进行传输，量 子信息通过量子信道进行传输。经典信息是 发送者对原物进行某种测量得到的，量子信 息是发送者在测量中没有提取的其余信息。 接收者在获得这两种信息后，就可以恢复出 原物的复制品。
( 1 0 )( * 1 * 0 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
2( 2 2 ) | 0 0 | 2( 2 2 ) |1 （1|3.6）
4
| 0 0 | |1 1| I
2
2
3.1 量子隐形传态原理
Bob子系统的约化密度算子为
AB
1 [(
4
0
( 0 1 )
12
3
3
( 0 1 )
12
3
3
( 1 0 )
12
3
3
( 1 0 )
12
3
3
（3.4）
3.1 量子隐形传态原理
系统的密度算子为
AB
1[ 4
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )
➢ 2012年11月，中国科技大学实验成功了宏观物体之间 的隐形传态，即实现了两个相隔150米的原子系综存贮 器之间的隐形传态，这为实现量子路由器和量子互联网 奠定了基础。
3.2 量子隐形传态实验
单光子极化态的量子隐形传输实验
3.3 多量子比特的隐形传态
只有当Bob接收到Alice传来的经典信息后，根据这 个信息，对他手里的另一半EPR对进行四个操作中的一 个，才可以恢复原始的 | 。
3.1 量子隐形传态原理
量子隐形传态的实现步骤
1）纠缠制备 系统通过纠缠制备，得到一个纠缠光子对：光子2和光 子3，处于如式3.2所示的量子态。
2）纠缠分发 系统把纠缠光子对2和3分别传送给Alice和Bob，这样 在他们二人之间就建立了一个纠缠信道。
3.1 量子隐形传态原理
量子隐形传态基本原理
ALICE BSM
1 |φ〉
经典信息
纠缠对
2
3
EPR-source I
|φ〉 U
BOB
图3.1 量子隐形传态原理示意图
3.1 量子隐形传态原理
假设纠缠对所处的态如式3.2所示：
1 ( 00 11 )
23
2
23
23
（3.2）
三个量子比特的量子状态为
➢ 2004年，中国科技大学的研究人员在《Nature》上报 道了五粒子纠缠态，以及终端开放的量子隐形传态实验 。他们的实验方法将在量子计算和量子通信网络中有重 要应用。
➢ 2012年，中国科技大学实现了97Km的自由空间隐形 传态。同期，奥地利科学院和维也纳大学的科学家实现 了距离为143Km的隐形传态。
4）经典信息传送 Alice将测量结果通过经典信道发给Bob。
5）量子变换 Bob收到Alice的测量结果后，对光子3做适当的U变
换操作，即可得到要传递的量子态。
不需要传送光子1，Alice的信息通过纠缠光子对2和 3传给了Bob。
2 123 (
0 1 )
1
1
1 ( 00 11 )
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2
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3
12
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( 1 0 ) ( 1 0 )]
12
3
3
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（3.3）
3.1 量子隐形传态原理
Alice在贝尔基下测量她所拥有的两个量子 比特，测量之后，系统状态分别以概率1/4 取四个可能结果中的一个
第3章 量子隐形传态
3.1 量子隐形传态原理 3.2 量子隐形传态实验 3.3 多量子比特的隐形传态
3.1 量子隐形传态原理
问题的来源
假设Alice有一个量子比特：
0 1
（3.1）
1
1
1
其量子态未知，0 和 1 是两个正交基，复数 和
满足 2 2 1。
她希望把这个量子比特发送给Bob，但是，不
（3.5）
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
然后，Alice将她的测量结果发给Bob。Bob根据Alice 公布的测量结果，采取相应的U操作即可恢复出要传送 的量子态。
3.1 量子隐形传态原理
Bob子系统的约化密度算子为
AB
1 [(
4
0
1 )( *
0
*
1)
( 0 1 )( * 0 * 1 )
1 )( *
0
*
1)
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
2( 2 2 ) | 0 0 | 2( 2 2 ) |1 1| （3.6）
4
| 0 0 | |1 1| I
2
2
在Alice完成测量之后，Bob得到测量结果之前， Bob子系统的状态是 I / 2 。这个状态不依赖于需要传送 的状态 | 。因此，这个时候，Bob进行的任何测量都 不包含关于状态 | 的信息。使得Alice不可能利用隐 形传态以超光速向Bob传送信息。所谓的量子超光速通 信是不可能的。
3.2 量子隐形传态实验
➢ 1997年，奥地利的Zeilinger研究小组在《Nature》 上报道了世界上第一个量子隐形传态的实验结果。
➢ 2000年，美国洛斯阿拉莫斯的研究人员使用百度文库磁共振 （NMR）实现了核自旋量子态的隐形传输。
➢ 2002年，意大利的研究人员又报道了实现两个不同场 模中真空和单光子所构成的纠缠量子比特的隐形传输
3.1 量子隐形传态原理
传输特点 在量子隐形传态过程中，原物并没有被传送 给接收者，它始终停留在发送者处，被传送 的仅仅是原物的量子态。在传输过程中，发 送者不需要知道原物的这个量子态。接收者 将另一个光子的状态变换成与原物完全相同 的量子态。在传输过程结束以后，原物的这 个量子态，由于发送者进行测量和提取经典 信息而坍缩损坏。
想将这个粒子直接传给他。在这种情况下Alice
怎么把这个量子比特传给Bob呢？
3.1 量子隐形传态原理
解决方法 第一步：首先在Alice和Bob之间建立一个共同
分享的量子信道，即：两人共同拥有的纠缠 光子对。 第二步：然后进行未知量子态的传输。
量子隐形传态的基本思想
将原物的信息分为两部分：经典信息和量子 信息。经典信息通过经典信道进行传输，量 子信息通过量子信道进行传输。经典信息是 发送者对原物进行某种测量得到的，量子信 息是发送者在测量中没有提取的其余信息。 接收者在获得这两种信息后，就可以恢复出 原物的复制品。
( 1 0 )( * 1 * 0 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )]
2( 2 2 ) | 0 0 | 2( 2 2 ) |1 （1|3.6）
4
| 0 0 | |1 1| I
2
2
3.1 量子隐形传态原理
Bob子系统的约化密度算子为
AB
1 [(
4
0
( 0 1 )
12
3
3
( 0 1 )
12
3
3
( 1 0 )
12
3
3
( 1 0 )
12
3
3
（3.4）
3.1 量子隐形传态原理
系统的密度算子为
AB
1[ 4
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 0 1 )( * 0 * 1 )
( 1 0 )( * 1 * 0 )
➢ 2012年11月，中国科技大学实验成功了宏观物体之间 的隐形传态，即实现了两个相隔150米的原子系综存贮 器之间的隐形传态，这为实现量子路由器和量子互联网 奠定了基础。
3.2 量子隐形传态实验
单光子极化态的量子隐形传输实验
3.3 多量子比特的隐形传态
只有当Bob接收到Alice传来的经典信息后，根据这 个信息，对他手里的另一半EPR对进行四个操作中的一 个，才可以恢复原始的 | 。
3.1 量子隐形传态原理
量子隐形传态的实现步骤
1）纠缠制备 系统通过纠缠制备，得到一个纠缠光子对：光子2和光 子3，处于如式3.2所示的量子态。
2）纠缠分发 系统把纠缠光子对2和3分别传送给Alice和Bob，这样 在他们二人之间就建立了一个纠缠信道。
3.1 量子隐形传态原理
量子隐形传态基本原理
ALICE BSM
1 |φ〉
经典信息
纠缠对
2
3
EPR-source I
|φ〉 U
BOB
图3.1 量子隐形传态原理示意图
3.1 量子隐形传态原理
假设纠缠对所处的态如式3.2所示：
1 ( 00 11 )
23
2
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（3.2）
三个量子比特的量子状态为
➢ 2004年，中国科技大学的研究人员在《Nature》上报 道了五粒子纠缠态，以及终端开放的量子隐形传态实验 。他们的实验方法将在量子计算和量子通信网络中有重 要应用。
➢ 2012年，中国科技大学实现了97Km的自由空间隐形 传态。同期，奥地利科学院和维也纳大学的科学家实现 了距离为143Km的隐形传态。