試析量子糾纏與超光速量子通信

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1、試析量子糾纏與超光速量子通信　　摘要：隨著我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展，原有的經(jīng)典通信技術(shù)逐漸被現(xiàn)有量子通信技術(shù)所取代，而量子通信是一門將經(jīng)典通信與量子力學(xué)充分結(jié)合在一起所形成的通信技術(shù)，在量子力學(xué)中，量子糾纏作為其中的一種現(xiàn)象，與量子通信技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。建立在量子糾纏上所發(fā)展出來(lái)的通信技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)通信技術(shù)的一種顛覆，更是未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展方向，這種技術(shù)在保密與抗干擾方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，該文主要通過(guò)對(duì)量子糾纏的分析，探討超光速量子通信的實(shí)現(xiàn)?！　￡P(guān)鍵詞：量子糾纏超光速量子通信量子隱形傳態(tài)　　中圖分類號(hào)：TN918文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674

2、-098X（2016）10（a）-0093-02　　在經(jīng)典通信中是以比特作為信息單元，而在量子通信中是以量子比特作為信息單元，是通過(guò)量子比特信息的有效傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)量子通信，它主要包括量子信道傳送經(jīng)典比特的量子密集編碼，用經(jīng)典輔助辦法傳送量子態(tài)的量子隱形傳態(tài)以及信息保密傳送所需的絕對(duì)安全量子密碼等[1]，其中量子隱形傳態(tài)更是量子通信的典型方式之一，該文主要是通過(guò)對(duì)量子糾纏的分析探討超光速量子通信?！　?量子糾纏分析　　1.1量子糾纏的概念　　量子糾纏又叫量子纏結(jié)，是一種量子力學(xué)中的現(xiàn)象，俗稱量子態(tài)，主要是粒子在由兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成系統(tǒng)中相互影響的

3、現(xiàn)象，即使粒子在空間上有可能分開(kāi)，但這種現(xiàn)象依然存在，當(dāng)tt0時(shí)，這些量子態(tài)之間的相互作用現(xiàn)象則主要是由Hiber空間中相應(yīng)的矢量進(jìn)行描述，其空間構(gòu)成的各個(gè)量子態(tài)系統(tǒng)則同樣由其Hiber空間中相應(yīng)的矢量進(jìn)行描述，這樣的空間量子態(tài)被稱為Hiber空間的直積態(tài)，反之就稱之為糾纏態(tài)，也就是說(shuō)，如果存在量子糾纏態(tài)，最少需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的量子態(tài)進(jìn)行疊加作用才能得到體現(xiàn)[2]?！　?.2量子糾纏態(tài)　　在量子力學(xué)中普遍存在量子糾纏態(tài)，假設(shè)①和②分別為兩個(gè)自旋的1/2粒子，由這兩個(gè)粒子組成量子糾纏態(tài)，這時(shí)的量子系統(tǒng)就處于自旋單態(tài)，其總自旋為0，也就是說(shuō)量子系統(tǒng)

4、是處于EPR對(duì)狀態(tài)，其各自的自旋方向則互相以反平行的方向出現(xiàn)，從而得出：　　式中的和為①②粒子的自旋方向?yàn)橄蛏希渥孕禐?1/2，而和則為①②粒子的自旋方向?yàn)橄蛳拢渥孕禐?1/2。通過(guò)上式可以看出，若是單獨(dú)對(duì)①②粒子的自旋進(jìn)行測(cè)量，其自旋方向無(wú)非就是向上或向下，各自的幾率各占1/2，但是若只是針對(duì)①粒子進(jìn)行局域測(cè)量，當(dāng)其自旋方向向上或向下時(shí)，其另一個(gè)粒子②無(wú)論是否進(jìn)行過(guò)測(cè)量，其自旋方向必然是向下或向上的（與另一個(gè)粒子的自旋方向相反），出現(xiàn)這種情況的主要原因就是當(dāng)對(duì)粒子①進(jìn)行測(cè)量，得出其自旋率為+1/2時(shí)，量子系統(tǒng)的狀態(tài)就已經(jīng)從的狀態(tài)坍縮到了

5、和的狀態(tài)上，因此就可以確定出粒子②處于狀態(tài)上，其自旋值為-1/2，由此也可以看出，粒子自旋態(tài)的構(gòu)造形成與其出現(xiàn)坍縮之間是呈現(xiàn)非定域性的，所以，處于量子糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子，若是對(duì)其中一個(gè)粒子進(jìn)行測(cè)量，確定出其狀態(tài)，則對(duì)另一個(gè)粒子所處的狀態(tài)也可以間接確定出來(lái)，這就是量子糾纏態(tài)之間的非局域性關(guān)聯(lián)性[3]。　　2超光速量子通信的探討　　2.1量子通信方式　　2.1.1量子隱形傳態(tài)的原理　　量子隱形傳態(tài)的通信方式是將所要傳遞的原始信息分成經(jīng)典與量子兩個(gè)部分，其中經(jīng)典信息部分是由經(jīng)典信道的方式進(jìn)行傳輸，也就是通常所見(jiàn)的電話，電傳等，而量子信息部分則是由量子信道

6、進(jìn)行傳輸，從而將某個(gè)原始信息，也就是其粒子的原始態(tài)從一方傳輸?shù)搅硪环?，即將這個(gè)原始信息的量子態(tài)制備到另一個(gè)粒子上，在整個(gè)信息傳輸過(guò)程中，其傳遞的主要就是呈現(xiàn)原始狀態(tài)的量子態(tài)，而不是原物本身，因此將這種傳遞狀態(tài)稱之為量子隱形傳態(tài)?！　?.1.2量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程　　如圖1所示，為量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程圖，在圖中，A指的是量子傳態(tài)的發(fā)送者，而B(niǎo)則指的是量子的接收者，指的是待傳量子態(tài)，根據(jù)量子隱形傳態(tài)的傳輸規(guī)律，其信息的傳輸過(guò)程如下所示：　?。?）將需要傳輸?shù)男畔⒅苽涞阶孕秊?/2的粒子①的量子態(tài)上，然后將粒子①放置在A處，而此時(shí)A并不知道粒子的真

7、實(shí)狀態(tài)；　?。?）待量子糾纏源產(chǎn)生EPR對(duì)時(shí)，使粒子②③也處于EPR狀態(tài)當(dāng)中，待粒子②③分別傳送到A和B時(shí)，A和B之間也就建成了量子傳遞信道；　?。?）在量子傳態(tài)的發(fā)送者A方中，將其粒子①②分別進(jìn)行BELL基測(cè)量，分別得出不同的測(cè)量結(jié)果，同樣的，在接收者B方中將粒子③進(jìn)行自旋測(cè)量，也會(huì)得出不同的測(cè)量結(jié)果，并且這個(gè)結(jié)果與公式中的某一項(xiàng)成對(duì)應(yīng)關(guān)系：　?。?）將A方中的測(cè)量結(jié)果以經(jīng)典信道傳輸?shù)紹方，而B(niǎo)方則按此測(cè)量結(jié)果找到相對(duì)應(yīng)的么正變化ui（i=1，2，3，4），相應(yīng)的將測(cè)量結(jié)果表示為ui

8、Φ>3，最后再將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行逆變換ui-1，就得到

9、Φ>3-

10、，這就是需要傳送的量子態(tài)，只不過(guò)原來(lái)屬于粒子①，現(xiàn)在則是已經(jīng)制備到粒子③當(dāng)中，也就是說(shuō)已經(jīng)完成了量子態(tài)

11、Φ>的傳送[3]?！　?.1.3