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量子纠缠实验

量子纠缠实验
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量子纠缠实验
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01
量子纠缠的基本原理及其重要性
量子纠缠的定义与特性
量子纠缠的定义
• 两个或多个量子系统之间的关联性 • 一个量子系统的状态依赖于另一个量子系统的状态
量子纠缠的特性
• 非局域性:纠缠的量子系统之间的关联性不受距离限制 • 不可克隆性:纠缠的量子系统不能被完美克隆 • 不可预测性:纠缠的量子系统的测量结果具有随机性
量子纠缠在量子传感中的应用
• 量子灵敏度:利用量子纠缠实现超高灵敏度的测量 • 量子成像:利用量子纠缠实现高分辨率的成像
量子纠缠在量子通信中的应用
• 量子密钥分发:利用量子纠缠实现无条件安全的密钥传输 • 量子隐形传态:利用量子纠缠实现远程量子态传输
量子纠缠在量子计算中的应用
• 量子算法:利用量子纠缠实现比经典算法更高效的计算 • 量子模拟:利用量子纠缠模拟量子系统的行为
• 利用量子纠缠实现比经典算法更高效的计算 • 提高计算能力
量子模拟
• 利用量子纠缠模拟量子系统的行为 • 提高模拟精度
量子传感与量子成像
量子灵敏度
• 利用量子纠缠实现超高灵敏度的测量 • 提高测量精度
量子成像
• 利用量子纠缠实现高分辨率的成像 • 提高成像质量
05
量子纠缠实验的未来挑战与机遇
量子纠缠实验的技术挑战
原子量子纠缠实验方法
原子纠缠的产生
• 通过激光冷却和磁约束技术产生纠缠原子对 • 通过原子间的相互作用产生纠缠原子对
原子纠缠的传输
• 利用光纤或自由空间传输纠缠原子对 • 利用量子纠缠传输协议实现远程传输
离子量子纠缠实验方法

量子纠缠

量子纠缠
量子纠缠就是当你测量处于纠缠态的粒子之一时,也会影响另一个粒子的状 态,尽管两个粒子之间无任何连接。 爱因斯坦是如此解释这个现象的:

南极
北极
正因如此,直到1955年爱因斯坦去世,他仍坚信量子力学是个不完备的理论。

二十世纪六十年代,约翰贝尔提出了贝尔不等式, 成为了解决问题的契机,然而并没有引起重视, 直到1972年,约翰克劳泽用实验验证了量子力 学是正确的。
纠缠是真实的,粒子可以跨越空间连接——对其中一 个粒子进行测量,就会影响到另一个。
量子纠缠究竟是什么?

在量子力学中,假设一个量子系统是由两个子系统组成,其两个子系统在相互作用之后, 只能设定描述整个系统的量子态,不能独立地设定描述子系统的量子态,这种现象称为 量子纠缠。值得注意的是多于两个子系统所组成的系统也会发生量子纠缠。
量子纠缠的尽头——瞬间移动?
理论上,只要将人的身体分解成为基本粒子,并扫描每一个粒子,同时,位于 巴黎的一个扫描舱也对其中的粒子进行扫描,列出上海与巴黎两组粒子的量子 状态对照表,接着加入纠缠效应,以此确定重建身体粒子的确切量子状态,于 是在巴黎就可以形成一个人的复制品,相当于进行了瞬间移动。
将粒子的量子状态进行 对比,并加入纠缠效应
最新进展
2015年3月,中科大的研究人员在国际上首次成功实现多自由度量子体系的隐形传态,这是 自1997年国际上首次实现单一自由度量子隐形传态以来,在量子信息实验研究领域取得的又 一重大突破。为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。 然而,以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限,即只能传输单个自由度的量子状态, 而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质,即使是一个最简单的基本粒子,如单 光子,它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。 中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力,研究人员成 功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件,突破 了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限,搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动 量纠缠实验平台,从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

《量子通信》课件

《量子通信》课件
量子密钥分发基于量子力学中的不确定性原理和测量 坍缩 原理,能够检测到窃听者对量子态的干扰,从而保证密钥 分发的安全性和可靠性。
量子密钥分发的安全性
量子密钥分发利用量子态的不可克隆性和测量 坍缩原理,确 保了密钥分发的安全性。在量子密钥分发过程中,任何窃听 者对量子态的干扰都会被检测到,从而保证了通信双方能够 生成相同的密钥。
量子系统可以同时处于多个状态的叠加态,即一个量子比特可以同时表示0和1 。
量子纠缠
两个或多个量子比特之间存在一种特殊的关联,当一个量子比特的状态发生变 化时,另一个量子比特的状态也会相应地发生变化,无论它们相距多远。
量子密钥分发
量子密钥分发
利用量子态的特性,通过量子信 道安全地分发密钥,用于加密和 解密信息。
量子随机数生成器
量子随机数生成器
利用量子力学的特性,产生真正的随机数,这些随机数在应用中具有很高的价值和重要性 。
量子随机数生成器的原理
基于量子力学的测量原理,每次测量都会得到一个随机的结果,因此可以用来产生真正的 随机数。
量子随机数生成器的应用
在密码学、统计学、计算机科学等领域中都有广泛的应用,例如在加密算法、模拟和机器 学习中都需要用到随机数,而量子随机数生成器可以提供更安全和更可靠的随机数源。
与传统的加密方式相比,量子通信需要更加复杂的设备和 更高的技术要求。然而,随着技术的不断进步和成本的降 低,量子通信将在未来得到更广泛的应用和推广。
PART 05
量子通信的挑战与未来发 展
量子通信的挑战
技术成熟度
目前量子通信技术仍处于发展 阶段,尚未完全成熟,需要进
一步研究和改进。
通信安全
虽然量子通信具有很高的安全 性,但仍面临一些潜在的安全 威胁和攻击,需要加强安全防 护措施。

量子纠缠与量子隐形传态

量子纠缠与量子隐形传态

量子纠缠的定义和概述量子纠缠是量子力学中一个重要而神秘的现象,它涉及到两个或多个粒子之间的非常特殊的相互关系。

在经典物理中,我们习惯于将物体视为独立的实体,但在量子世界中,物体之间可以处于一种被称为纠缠的状态。

1.纠缠的定义量子纠缠是指当两个或多个粒子之间发生相互作用后,它们的状态将不再能够被单独描述,而是必须将整个系统作为一个整体来描述。

这意味着,对于一个纠缠态系统,我们无法独立地描述其中任何一个粒子的状态,而只能以整体的方式来描述系统的状态。

2.纠缠的特性•相互关联性:纠缠的粒子之间存在一种紧密的相互关系,当一个粒子的状态发生改变时,与之纠缠的其他粒子的状态也会立即发生相应的变化,无论它们之间的距离有多远。

•量子叠加态:纠缠态系统中的粒子可能处于一种叠加态,即它们同时处于多个可能的状态的叠加,直到被测量时才会坍缩为某个确定的状态。

•非局域性:纠缠现象表现出一种非局域性,即在粒子之间的相互作用发生后,它们之间的相互关系不受空间距离的限制。

这种非局域性违背了经典物理中的因果关系。

3.纠缠的测量在纠缠态系统中,对其中一个粒子的测量会立即影响到与之纠缠的其他粒子的状态。

这种测量结果的相关性远远超出了经典物理的解释范围。

例如,当我们对一个纠缠态系统中的一个粒子进行自旋测量时,它的自旋状态将立即确定,并且与与之纠缠的其他粒子的自旋状态发生相关变化,无论它们之间的距离有多远。

4.纠缠的应用量子纠缠在量子通信、量子计算和量子密码学等领域具有广泛的应用。

例如,利用纠缠态可以实现量子隐形传态,允许信息在两个纠缠粒子之间以超光速传递。

此外,纠缠态还在量子密钥分发、量子远程测量和量子纠错等方面发挥着关键作用,为未来的量子技术和量子信息领域带来了巨大的潜力。

量子纠缠的研究不仅为我们理解量子世界的基本规律提供了重要的线索,也为开发出基于量子力学的新型技术和应用打下了坚实的基础。

量子纠缠的实验验证量子纠缠是量子力学的重要概念之一,它的存在和性质在实验中得到了多次验证。

量子纠缠1

量子纠缠1

生活中量子 生活中量子通信技术的应用 量子
军事通讯上的隐形传送
2.量子计算—量子计算机
优点
1. 极大的提高了计算机 的运行速度 2. 有效的减少了计算机 的能耗
国内量子计算机发展现状
• 2007年初,中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组在 《Nature·Physical》上发表论文,宣布成功制备了国际上纠缠光子数 最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机,刷新了光子纠缠和量子计 算领域的两项世界记录,成果被欧洲物理学会和《Nature》杂志等广 泛报道。四月,该小组提出并实验实现不需要纠缠辅助的新型光学控 制非门,减少了量子网络电路的资源消耗。九月,该小组利用光子 “超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程,实现了量子搜索算 法,论文发表在《Physical Review Letters》上。 • 此后,该小组又在国际上首次利用光量子计算机实现了Shor量子 分解算法,研究成果发表在国际最权威物理学期刊《Physical Review Letters》上,标志着我国光学量子计算研究达到了国际领先水平。 这 一系列高质量的工作已经获得了国际学术界的广泛关注和认可。 • 特别引人注目的是,英国《新科学家》杂志在“中国崛起”的专 栏中,把中科大在量子计算领域取得的一系列成就作为中国科技崛起 的重要代表性成果,进行了专门介绍。
量子纠缠的应用——量子信息学 量子信息学 量子纠缠的应用
1.量子通讯—量子隐形传输 2.量子计算—量子计算机 3.量子保密通讯—量子密码术
1.量子通讯—量子隐形传输
据介绍,量子态隐形传输 一直是学术界和公众的关注焦 点。1997年,奥地利蔡林格小 组在室内首次完成了量子态隐 形传输的原理性实验验证。 2004年,该小组利用多瑙河底 的光纤信道,成功地将量子 600 “超时空穿越”距离提高到600 米。但由于光纤信道中的损耗 和环境的干扰,量子态隐形传 输的距离难以大幅度提高。 • 2004年,中国科大潘建伟、 彭承志等研究人员开始探索在 自由空间实现更远距离的量子 通信。在自由空间,环境对光 量子态的干扰效应极小,而光 子一旦穿透大气层进入外层空 间,其损耗更是接近于零,这 使得自由空间信道比光纤信道 在远距离传输方面更具优势。 •

量子纠缠纯化和纠缠浓缩(1) 共51页PPT资料

量子纠缠纯化和纠缠浓缩(1) 共51页PPT资料

量子中继器
Entanglement: a) Generation b) Distribution c) Purification d) Swapping e) Storage
H. Briegel et al., Phys. Rev. Lett. 81, 5932 (2019) L.M. Duan et al., Nature 414, 413,(2019)
(2019).
量子纠缠纯化
C. H. Bennett. et al., Phys. Rev. Lett. 76, 722 (2019)
Alice
UA
UA
1/0
ES
A1
B1
A2
B2
Bob
UB UB
1/0
D. Deutsch et al., Phys. Rev. Lett. 77, 2818 (2019)
单光子量子中继
L.M. Duan et al., Nature 414, 413 (2019)
双光子量子中继
B. Zhao et al., Phys. Rev. Lett. 98, 240502 (2019) Z. B. Chen et al., Phys. Rev. A 76, 022329 (2019)
比特 测量
量子点, 囚禁离子 ,超导约 瑟夫森结, 固体核自 旋
电场+磁场
单光子 探测,符 合探测
量子计算 机,量子 模拟,量 子控制
3
研究背景
长的相干时间(>104操作时间)
量子态的 保持和传输
Di Vincenzo 量子计算机
标准
量子比特制备
量子比特的可扩展性
量子比特操作

量子信息和量子纠缠理论

量子信息和量子纠缠理论

Multipartite Schmidt-correlated State
Fully separable
PPT
Fully separable (maximally entangled)
~ 1 (N)
M.J. Zhao, S.M. Fei and Z.X. Wang, Phys. Lett. A 372(2008)2552
S. Albeverio, S.M. Fei, Phys. Lett. A 276(2000)8 S. Albeverio, S.M. Fei and W.L. Yang, Comm. Theor. Phys. 38 (2002) 301
S. Albeverio, S.M. Fei and W.L. Yang, Phys. Rev. A 66 (2002) 012301 M. Horodecki, P. Horodecki and R. Horodecki, Phys. Rev. A 60, 1888 (1999)
Separable! Separable!
Separability of mixed states: no general criteria a) Peres (PPT) criterion:
Peres PRL 77, 1413 (1996)
2x2, 2x3:
PPT
Separable
Horodeckis, Phys. Lett. A 223,1 (1996)
Caltech (Kimble et al)
/~qoptics/teleport.html
Nature 390(1997) 575
Science 282(1998) 706
Wigner functions before &after

量子纠缠

量子纠缠

有些科学家正在计划打造一个人造卫星,用 于产生纠缠光子,接收信息并对信息编码, 之后再将编码的信息反射回来,以建立全 球量子通讯网络。 量子纠缠在量子通讯方面的应用又可以细分 为两个方 面: 一量子隐形传态; 二量子密码通讯;
量子隐形传态
量子隐形传态(quantumteleportation) 是经由经典通道和 EPR 通道传送未知量子态。通俗来讲就是:将甲地的某一 粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原出来。因量子 力学的不确定原理和量子态不可克隆原理,限制我们将原 量子态的所有信息精确地全部提取出来,因此必须将原量 子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分,它们分 别由经典通道和量子通道送到乙地,根据这些信息,在乙地 构造出原量子态的全貌。
|Ψ1>, |Ψ2>互相正交,且归一化 |α|² +|β|² =1
相叠加的不同成分在叠加态中出现的概率 由|α|² |β|² , 决定
量子测量
• 本征态时,可得到唯一确定值 • 叠加态时,设|Ψ>=Σcn|Ψn>
测量结果不可预测,概率等于|cn|² • 测量会导致波函数坍缩
量子纠缠导引
• 考虑两个电子的自旋 它们可能的情况有:
量子纠缠物理意义
• 是信息传输、信息处理的一种物理资源
• 隐态传输 • 超密编码 • 远程态制备
量子通讯
量子通讯(Quantum communication)是指利用 量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方 式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学 科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。 量子通讯主要涉及:量子密码通信、量子隐形传 态和量子密集编码等,这门学科已逐步从理论走 向实验,并向实用化发展。高效安全的信息传输 日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理, 量子通讯具有高效率和绝对安全等特点,并因此 成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。

量子纠缠

量子纠缠
依据建立在“不确定性原理”基础上的“量子纠缠”,科学家们提出了 “量子通信”的设想,按照不确定性的原理,这种传输信息的方式从根本上 杜绝了被破译的可能,即使信息被截取,其“不确定性”使得破译者根本无 从下手。 1993年,美国科学家C.H.Bennett提出了量子通信(Quantum Teleportation)的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式,它利用 光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。 量子通信概念的提出,使爱因斯坦的“幽灵(Spooky)” ——量子纠缠 效益开始真正发挥其真正的威力。
量子纠缠的作用速度比光速还快。最近完成的一项实验显示,量子纠缠的 作用速度至少比光速快10,000倍。这还只是速度下限。根据量子理论,测 量的效应具有瞬时性质。 量子的超距作用是确实有的, 也是存在的。但是目前并不 能用它实现任何超光速通信。 也就是量子超距作用下的量 子对无法携带任何信息。
量子纠缠的应用——量子通信
爱因斯坦的解释
“上帝不掷骰子”,这是爱因斯坦的名言,也是他一直质疑量子力学之根基— 按照爱因斯坦的理论,刨除“不确定性原理”的量子纠缠现象该这么解释:如 —“不确定性原理”的原因所在,爱因斯坦厌恶这种“不确定性”。他认为肯 同两个黑箱子里面各放一只手套一样,在不打开其中的一个箱子前,不确定里 定还有更好的解释,甚至是更完美、更完备的理论来解释这一切。 面是哪一只,一旦打开一个箱子,在看到这只手套的同时,可立即确定另外一 个箱子里的手套是哪只。即使这两个箱子在银河系的两端。 虽然爱因斯坦的解释更易被大众接 受,也更易理解,但很遗憾,他是 错的 实验证明,处于纠缠态的两个粒子 在被测量前,其状态确实是不确定 性的,这种不确定性与“黑箱手套” 的解释有着根本的区别。
也许,正是这种“反常”的理论才会用如此反常的研究顺序吧

光学体系中纠缠的产生和检验课件

光学体系中纠缠的产生和检验课件

纠缠的特性
非局域性
纠缠的度量
纠缠具有非局域性,即两个或多个粒 子之间的关联超越了它们之间的距离, 一旦测量一个粒子,另一个粒子的状 态也会立即改变。
可以使用纠缠熵、纠缠 witnesses 等 方法来度量纠缠的程度,这些度量方 法在实验上也被广泛采用。
不可克隆性
由于量子态的叠加原理,无法复制一 个未知的量子态,因此一旦对一个粒 子进行测量,就会破坏其他粒子的纠 缠状态。
量子模 拟
化学反应模拟
利用纠缠光子模拟化学反应过程,有助 于理解和预测化学反应的机理和结果。
VS
物理过程模拟
利用纠缠光子模拟复杂的物理过程,如量 子多体系统、量子相变等,有助于揭示物 理现象的本质和规律。
其他应用领域
要点一
量子雷达
利用纠缠光子实现量子雷达探测,具有高分辨率和高灵敏 度的优点。
要点二
纠缠与量子纠错码
研究纠缠与量子纠错码之间的关系, 提高量子纠错码的ห้องสมุดไป่ตู้能,为量子计 算和量子通信提供更可靠的纠错保护。
纠缠在量子计算中的发展
量子算法的设计与实现
01
利用纠缠态实现更高效的量子算法,推动量子计算的发展。
纠缠态在量子计算中的应用
02
研究纠缠态在量子计算中的具体应用,如量子模拟、优化问题
求解等。
其他纠缠检验方法
总结词
除了Bell实验和CHSH实验,还有 许多其他纠缠检验方法,如基于 tomography 的方法和基于 state discrimination的方法等。
详细描述
这些方法通过不同的手段和实验 设计,对纠缠态进行检验和验证, 以进一步深入了解纠缠的性质和 应用。
04 纠缠的应用

量子力学ppt

量子力学ppt
详细描述
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一,具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式,具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式,可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景,包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域,可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号,用于描述量子态之间的线性关系,可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法,通过引入正则变量和其对应的算符,将经典物理中的力学量转化为量子算符,从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态,可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数,可以表示量子系统的状态,并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质,可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符,可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程,可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题,如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而,实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战,如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质,如超导性和半导体性质等。

量子纠缠简介 PPT课件

量子纠缠简介 PPT课件

东南大学电子科学与工程学院
21
2020/4/10
3.量子保密通信—量子密码术
定义:量子密码术是密码术与量子力学结合的产物,它利用了 系统所具有的量子性质。
量子密码的绝对安全性: 1.以单光子(量子)携带信息,不怕敌人分取信息。 2.量子不可克隆定律:不存在任何的物理过程可以精确地复制未 知量子态,可以保证不可能拷贝信息。(其实质是测不准原理)
东南大学电子科学与工程学院
理解:
量子纠缠是存在于多子系量子系统中,对其中一个子系统的测量结 果无法独立于对其他子系统的测量参数,这些参数有内在的联系。
东南大学电子科学与工程学院
5
2020/4/10
相关实验
1982年,法国物理学家Alain Aspect证实了微观粒子之间存在着 “量子 纠缠” 的关系。 在量子力学中,有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系: 不管它们被分开多远,对一个粒子扰动,另一个粒子(不管相距多远) 立即就知道了,仿佛两个粒子拥有超光速的秘密通信一般,似与狭义 相对论中所谓的局域性相违背,爱因斯坦斥之为“鬼魅的远距作用”。
10
2020/4/10
量子通信发展中的中国贡献
1.1997年年底包括潘建伟在内的奥地利研究小组首先在实验上演示成 功这种量子隐态传输。
图4 首次实现隐态传输的科研小组
2.中科大潘建伟研究小组首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交

换,实现了“量子中继器”,向量子通信网络的最终实现迈出了坚
实的一步。
东南大学电子科学与工程学院
首次实现隐态传输的科研小组112020410东南大学电子科学与工程学院2007年开始中国科技大学和清华大学的自由空间量子通信实验将通信距离从数百米记录一步跨越到16公里成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输证实了量子态隐形传输穿越大气层的可20120809中国科技大学的研究人员再次创造了新纪录将通信距离扩大到了97公里

量子力学的五大公设PPT培训课件

量子力学的五大公设PPT培训课件

性质
测量退相干是量子力 学中的一种独特现象, 与经典物理中的测量 不同。
它表明量子系统与测 量仪器之间的相互作 用会导致量子系统失 去相干性,即失去其 同时处于多个状态的 特性。
测量退相干是量子测 量中不可避免的过程, 是量子系统与测量仪 器相互作用的必然结 果。
测量退相干的几何解释
量子态的几何表示
量子计算
在量子计算中,测量退相干是一个关键问题。由于量子比特与周围环境中的其他粒子发生相互作用,会导致量子比特 的相干性消失,从而影响量子计算的精度和可靠性。
量子通信
在量子通信中,为了确保信息传输的安全性和可靠性,需要克服测量退相干问题。通过对量子态进行编码和解码,可 以减少测量退相干的影响,提高量子通信的传输质量和安全性。
测量的几何解释
总结词
在几何表述中,测量被解释为对量子态的投影,将量子态从高维空间映射到低维空间。
详细描述
在几何表述中,量子态被视为高维空间中的向量。测量被解释为将这个向量投影到一个 低维子空间的过程。这个投影的结果是一个与原始量子态相关的新的量子态,其性质取
决于测量的具体操作。
测量的应用
总结词
量子力学中的测量 在许多领域都有应用, 包括量子计算、量子通信和量子传感等。
算符的应用
量子测量
通过测量算符可以对量子系统进行测量,获取系统的状态信息。测量算符的选择和测量过 程会对系统造成干扰,因此需要遵循一定的原则和限制。
量子纠缠
量子纠缠是量子力学中的一种现象,指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联,使 得它们的状态无法单独描述,只能用整体状态来描述。纠缠的度量和控制是量子计算和量 子通信中的重要问题,需要用到算符的概念。
状态空间的应用

量子信息简介幻灯片1(4)-PPT课件

量子信息简介幻灯片1(4)-PPT课件

所以只有当α β =0,才能实现量子态的复制,即只有 当α =0或β =0时才能实现量子态的复制,而一般量子 态是无法复制的。量子态不能被复制的性质正是量子 不可克隆(Non—cloing)定理的又一次证实。量子不 可克隆定理保证了量子密钥既不能不测量也不能被复 制。因此量子密码术在破坏经典密码系统的同时也为 信息科学提供了另外的一条绝对安全的通讯渠道。
量子信息主领域包括有: 量子计算的抽象推演,以及量子计算机方面 的物理系统实践。量子计算机具有巨大的并 行计算能力,提供功能更强的新型运算模式。 量子通信 量子密码学量子密码可以提供不可窃听、不 可破译的绝对保密通信,美国人将“量子密 码”称为“改变人类未来”的新技术。 我们主要就量子通信及通信过程中信息 安全、密码简要介绍。
【背景】
量子信息是量子物理与信息科学相融合的交叉学 科,量子信息可以突破现代信息技术的物理极限,开 拓出新的信息功能。量子信息技术有望以崭新的原理 和方法,开拓出新一代信息技术。研究量子信息的最 初目的和意义在于突破现有经典信息系统的极限,辅 助经典信息系统完成复杂的任务,旨在提高信息速度、 确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度。然而 随着量子信息自身理论的发展,特别是在1994年 P.W.Shor量子算法提出之后,研究量子信息则成为 各国科学研究的重点。因为Shor量子算法在理论上可 以破译现有的全部经典密码系统,对经典密码系统造 成了极大的威胁。又因密码系统涉及国家机密和国家 安全等重大问题,所以受到高度重视。
粒子1所处的态是Alice要传递给Bob的量子态。粒 子2和粒子3是由EPR源产生的纠缠对,分别发送给 Alice和Bob。Alice采用能识别Bell基的分析仪对 粒子1和粒子2进行联合测量(BS)得到一个经典信息, 与此同时Bob的粒子3由于粒子2的测量塌缩到相应 的量子态。~ice通过经典信道将测量结果传递给 Bob。Bob根据收到的信息对粒子3进行相应的幺正 交换(U),就可以使粒子3处于粒子1的精确是很容易做到 的,利用经典受控非门,将带复制比特X和0分别作为 X和Y的两个输入,输出即为两个X,实现了比特位的 复制。而在量子信息中,采用类似的方法我们看情况 将会如何呢?我们将未知量子态|Ψ >=α |0>+β |1>作 为受控非门的目标量子比特,将|0>作为控制量子比 特,结果将会如下:

量子力学ppt课件

量子力学ppt课件
To see a world in a grain of sand and a heaven in a wild flower Hold infinite in the palm of your hand and eternity in an hour.
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰,乌仑贝克,1925年电子自旋发现者)
一. 黑体辐射问题
黑体:一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射:任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布:
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式(短波部分完 全不一致) 二.光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象,这种电子叫光 电子。光电效应的规律: (1)存在临界频率 ; (2)光电子的能量只与光的频率有关,与光强无关,光 频率越高,光电子能量越大,光强只影响光电子数目。光 强越大,光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献,特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子(或光子)的概念。辐射场是由光量子组成的,光 具有粒子特性,既有能量,又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流,称为光量子(光子)
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
1
v2 c2
h
n
c
h 0
c
n0
X
mv
0
2h m0c
sin2
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康普顿散射公式
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量子通信技术量子纠缠科技讲课PPT课件

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是迄今为止
书房的角落,挺立着一株虎尾兰。它 没有牡 丹的高 贵,没 有百合 花的幽 香,更 没有玫 瑰花那 样高傲 ,它除 了平凡 ,还是 平凡。 以至于 客人来 访,也 无一夸 赞过它 ,更没 有谁欣 赏它。
唯一被严格数学证明的
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Quantum Communication
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是指利用量子纠缠效应
进行信息传递的
一种新型的通讯方式,
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该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力,
为未来构建全球化量子通信网络
奠定了坚实基础。
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量子纠缠与信息传递

量子纠缠与信息传递

量子纠缠与信息传递量子纠缠是量子力学中一个重要的概念,它描述了两个或多个粒子之间的一种特殊的关联关系。

这种关联关系在信息传递和量子计算中起着重要的作用。

本文将介绍量子纠缠的基本概念、特性以及其在信息传递中的应用。

一、量子纠缠的基本概念量子纠缠是指两个或多个粒子之间的状态无法被单独描述,只能通过整体的方式来描述。

换句话说,当两个粒子发生纠缠后,它们的状态将相互依赖,无论它们之间的距离有多远。

量子纠缠的基本概念可以通过一个著名的实验来解释,即贝尔实验。

在这个实验中,一个粒子被分成两个,分别飞向两个不同的探测器。

当一个探测器测量其中一个粒子的状态时,另一个粒子的状态也会立即发生改变,即使它们之间的距离非常远。

二、量子纠缠的特性量子纠缠具有以下几个特性:1. 非局域性:量子纠缠的特性不受空间距离的限制。

即使两个纠缠粒子之间的距离非常远,它们的状态仍然会相互依赖。

2. 不可复制性:根据量子力学的原理,无法复制一个未知的量子态。

因此,无法复制量子纠缠的状态。

3. 量子纠缠的测量结果是随机的:当测量一个纠缠粒子时,它的状态会立即坍缩为一个确定的值。

然而,无法预测这个值是什么,只能通过概率的方式来描述。

三、量子纠缠在信息传递中的应用量子纠缠在信息传递中有着重要的应用,其中最著名的应用之一是量子密钥分发。

量子密钥分发是一种安全的通信方式,它利用了量子纠缠的特性来实现信息的安全传输。

在传统的加密方式中,信息的安全性依赖于加密算法的复杂性。

然而,量子密钥分发利用了量子纠缠的非局域性和不可复制性,使得信息的安全性不再依赖于算法的复杂性。

在量子密钥分发中,发送方和接收方共享一对纠缠粒子。

发送方通过测量自己的纠缠粒子来生成一串随机的比特序列,并将其发送给接收方。

接收方通过测量自己的纠缠粒子来获取相同的比特序列。

由于量子纠缠的特性,任何对纠缠粒子的窃听都会导致纠缠粒子的状态发生改变,从而被发送方和接收方察觉到。

通过量子密钥分发,发送方和接收方可以建立一个安全的密钥,用于加密和解密他们之间的通信。

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量子计算机发展现状
量子器件包括量子晶体管、量子存储器、量子阱激光器等的研制 成功为量子计算机的研制创造了条件。
2007年,加拿大计算机公司D-Wave展示了全球首台量子计算机 “Orion(猎户座)”。虽然当时只是一台能通过量子力学解决部分 问题的原型机,不过也让我们看见了量子计算机的曙光。
①数据处理同时完成,极大地提高了计算机的运行速度
②微型化,高度集成化,体积大大缩小,有效地减少了计算机的功 耗
量子计算机发展存在的困难:
①多自由度系统环境中小系统的量子耗散
②量子退相干效应(量子比特与外部环境发生作用使量子相干 性衰减)
③量子固体电路如何在常态(常温、常压等)中运行量子态
东南大学电子科学与工程学院
图5 中科大潘建伟教授
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图6 量子通信网络示意图
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2.量子计算—量子计算机
量子计算机是以量子力学为基础,运用量子信息学,构建一个完全以 量子位为基础的计算机芯片。
表一
传统计算机与量子计算机的比较
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量子计算机的优点:
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量子密钥分配方案:
1.偏振编码:最初的量子密码通信利用的都是光子的偏振特性,在 长距离的光纤传输中,光的偏振性会退化,造成误码率的增加。
2007年,中国科技大学微尺度国家实验室潘建伟小组宣布成功制 备了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机, 刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录。九月,该小组 利用光子“超纠缠簇态”演示了单向量子计算的物理过程,实现了 量子搜索算法。
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三、量子纠缠的应用
量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的 基本问题,在量子计算和量子通讯等研究中起着重要的作用。
1.量子通信—量子隐态传输 2.量子计算—量子计算机 3.量子保密通讯—量子密码术
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◊ 1997年年底奥地利研究小组首先在实验上演示成功了量子隐 形传态。
◊ 如今,量子纠缠的不仅仅用于检验基本理论的完备性,而且 随着量子信息科学的开展,量子纠缠态被用于量子密钥分配、 量子隐形传态、量子计算等领域。
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二、量子纠缠的含义
定义:
量子纠缠是一种量子力学现象,它是描述复合系统(具有两个以上 的成员系统)这一类特殊的量子态,此量子态无法分解为成员系统 各自量子态之张量积。
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1.量子通信—量子隐态传输
基本思想:将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分,它们 分别经由经典通道(电话等)和量子通道传送给接收者。
最终将原物信息—某个粒子的未知量子态传到接收方,在这个过 程中传送的是原物的量子态而非原物本身,故称隐态传输。
图3 量子隐态传输的示意图
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东南大学电子科学与工程学院
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事实上,量子纠缠并非信息传递,而且信息也不可能从一个粒子 传到另一个粒子。即使用光速将它们分开,信息也不可能在你测 量时从一个地方传到另一个地方。
在两个(多个)量子级别的粒子的系统中,当其中一颗被操作而 状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化 ,无论距离 有多远。我们称之为量子纠缠子系统的非定域非经典的关联。
3.量子保密通信—量子密码术
定义:量子密码术是密码术与量子力学结合的产物,它利用了 系统所具有的量子性质。
量子密码的绝对安全性: 1.以单光子(量子)携带信息,不怕敌人分取信息。 2.量子不可克隆定律:不存在任何的物理过程可以精确地复制未 知量子态,可以保证不可能拷贝信息。(其实质是测不准原理)
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3. 2007年开始,中国科技大学和清华大学的自由空间量子通信实验 将通信距离从数百米记录一步跨越到16公里,成功实现了世界上最 远距离的量子态隐形传输,证实了量子态隐形传输穿越大气层的可 行性。
4. 2012.08.09,中国科技大学的研究人员再次创造了新纪录,将通 信距离扩大到了97公里。
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量子通信发展中的中国贡献
1.1997年年底包括潘建伟在内的奥地利研究小组首先在实验上演示成 功这种量子隐态传输。
图4 首次实现隐态传输的科研小组
2.中科大潘建伟研究小组首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交

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量子纠缠简介
主讲人: 制作人:
东南大学电子科学与工程学院
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主要内容
1.量子纠缠理论的发展过程 2.量子纠缠的含义 3.量子纠缠态的应用 4.总结与思考
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一、量子纠缠的发展历程
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◊ 1982年Aspect用实验验证Bell不等式的不正确性,从而推翻了 决定论的局域隐变量理论。
量子纠缠态的制备
目前,主要通过激光泵浦非线性光学晶体的自发参量下转换(SPDC)过程来 制备光量子纠缠态。
泵浦光的光子能在适当条件下在某些非线性晶体中同时产生一对下转换光 子。这个过程遵循能量守恒和动量守恒,从而产生时间、空间、频率上纠 缠的双光子态。
图2 参量下转换产生纠缠光子对
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理解:
量子纠缠是存在于多子系量子系统中,对其中一个子系统的测量结 果无法独立于对其他子系统的测量参数,这些参数有内在的联系。
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相关实验
1982年,法国物理学家Alain Aspect证实了微观粒子之间存在着 “量子 纠缠” 的关系。 在量子力学中,有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系: 不管它们被分开多远,对一个粒子扰动,另一个粒子(不管相距多远) 立即就知道了,仿佛两个粒子拥有超光速的秘密通信一般,似与狭义 相对论中所谓的局域性相违背,爱因斯坦斥之为“鬼魅的远距作用”。
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