郭光燦量子信息的若干問題

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1、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室KEYLABORATORYOFQUANTUMINFORMATION量子信息的若干問題郭光燦2011-6-18一、引言二、非馬爾科夫性的度量和控制的實(shí)驗(yàn)研究三、量子蒸發(fā)冷卻動力學(xué)過程的量子模擬四、在編碼噪聲信道中量子糾纏的無損傳輸五、糾纏輔助下基于熵的不確定關(guān)系的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證目錄一、引言二、非馬爾科夫性的度量和控制的實(shí)驗(yàn)研究三、量子蒸發(fā)冷卻動力學(xué)過程的量子模擬四、在編碼噪聲信道中量子糾纏的無損傳輸五、糾纏輔助下基于熵的不確定關(guān)系的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證目錄量子密碼技術(shù)16年的發(fā)展紙上談兵實(shí)驗(yàn)研究實(shí)際應(yīng)用新型的光纖編解碼器2004年北京-天津125公里商用

2、光纖量子路由器2007年北京商用光纖四端網(wǎng)絡(luò)2009年蕪湖量子政務(wù)網(wǎng)（八端口）一、引言二、非馬爾科夫性的度量和控制的實(shí)驗(yàn)研究三、量子蒸發(fā)冷卻動力學(xué)過程的量子模擬四、在編碼噪聲信道中量子糾纏的無損傳輸五、糾纏輔助下基于熵的不確定關(guān)系的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證目錄開放系統(tǒng)消相干環(huán)境（熱庫）開放系統(tǒng)與環(huán)境相互作用平均市場多久可以從蕭條轉(zhuǎn)向牛市？馬爾科夫馬爾科夫過程：擲骰子游戲布朗運(yùn)動分子擴(kuò)散謠言傳播等等馬爾科夫過程在物理、化學(xué)、天文、生物、經(jīng)濟(jì)、軍事等多種領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。量子開放系統(tǒng)的馬爾科夫近似和Lindblad方程V.Gorini,A.Kossakowski,E.C.G.

3、Sudarshan,J.Math.Phys.17,821(1976).G.Lindblad,Commun.Math.Phys.48,119(1976).1976年，Lindblad和Gorini等人提出了一種主方程形式來描述一個一般的量子馬爾科夫過程：量子馬爾科夫過程將產(chǎn)生一個動力學(xué)半群。這個半群由一些代表著馬爾科夫演化的完全正定保跡(CPT)映射組成。它有著一個典型的特點(diǎn)就是可分性：也就是說，一段馬爾科夫演化可以分成幾段馬爾科夫演化的級聯(lián)。馬爾科夫近似：即對感興趣的系統(tǒng)來說，環(huán)境的記憶可以忽略不計。系統(tǒng)將來的演化只與現(xiàn)在有關(guān)，與過去無關(guān)。非馬爾科夫過程系統(tǒng)

4、與環(huán)境耦合很強(qiáng)初態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境之間存在糾纏或關(guān)聯(lián)熱庫大小有限與自旋耦合或者在低溫下與環(huán)境耦合在納米結(jié)構(gòu)中的熱傳導(dǎo)……非馬爾科夫現(xiàn)象出現(xiàn)在各個學(xué)科，包括物理學(xué)的各個分支中，如：J.Piilo,S.Maniscalco,K.H?rk?nen,K.-A.Suominen,Phys.Rev.Lett.100,180402(2008).尤其在量子通信中，非馬爾科夫的性質(zhì)必須被計入，由此帶來了對非馬爾科夫信道的研究。量子光學(xué)固體物理學(xué)量子化學(xué)馬爾科夫過程與非馬爾科夫過程的定性區(qū)分JSXu,XYXu,CFLi,CJZhang,XBZou,GCGuo,NatureCommun

5、.1,7(2010).JSXu,CFLi,MGong,XBZou,CHShi,GChen,andGCGuo,Phys.Rev.Lett.104,100502(2010).MarkovianprocessNon-Markovianprocess目前對于非馬爾科夫性的定量度量方法主要有四種：第二種：基于馬爾科夫過程的另一個性質(zhì)—可分性，來定義非馬爾科夫量。M.M.Wolf,J.Eisert,T.S.Cubitt,J.I.Cirac,Phys.Rev.Lett.101,150402(2008).á.Rivas,S.F.Huelga,M.B.Plenio,Phys.

6、Rev.Lett.105,050403(2010).第一種：基于演化對Lindblad主方程的偏離大小來定義了一個量，稱作馬爾科夫量。我們實(shí)驗(yàn)中采用第三第四種方法來度量非馬爾科夫性。這種方法用環(huán)境流向系統(tǒng)的信息的總和來描述非馬爾科夫性，這是非馬爾科夫過程的一個最本質(zhì)的特征。H.-P.Breuer,E.-M.Laine,J.Piilo,Phys.Rev.Lett.103,210401(2009).á.Rivas,S.F.Huelga,M.B.Plenio,Phys.Rev.Lett.105,050403(2010).第三種和第四種則是根據(jù)演化過程中的信息流動來

7、定義的非馬爾科夫量，不同的是：第三種用糾纏度來表征信息第四種用兩個態(tài)之間的距離來表征信息第四種方法：非馬爾科夫量的定義比如說左圖，就要把每對初始態(tài)演化過程中的跡距離所有上升段相加。然后再對所有成對的初始態(tài)的結(jié)果取最大值?！?H.-P.Breuer,E.-M.Laine,J.Piilo,Phys.Rev.Lett.103,210401(2009).實(shí)驗(yàn)測量非馬爾科夫量PRL,underreviewed.初態(tài)制備利用InAs/GaAs量子點(diǎn)產(chǎn)生的單光子源制備各種偏振初始態(tài)。演化過程分為兩段，一段是不等臂的Mach-Zehnder干涉儀，一段是100米的保偏光纖。

8、分別在進(jìn)光纖前和出光纖后對光子的偏振態(tài)進(jìn)行量子態(tài)掃描