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量子纠缠转移

2018-03-04

量子纠缠转移又叫量子纠缠交换,和量子隐形传态技术类似,同样是利用量子纠缠对的相关性质来实现量子态的传递,量子纠缠转移和隐形传态不同的是利用了两个EPR纠缠对通过做联合测量来实现处于不同位置的两个粒子的纠缠。量子纠缠转移技术在长距离传统量子通信系统、量子网络系统、量子中继等相关领域得到了广泛的应用,尤其在量子中继概念中纠缠转移是其重要的理论基础,为量子网络的实现提供了前提条件。典型的量子纠缠转移方案如图1所示:


image.png

图1  量子纠缠转移方案


图1 中Alice 拥有粒子1和2,Bob拥有粒子3和4, 分别处于两个EPR纠缠对,假设所处Bell基态分别为image.pngimage.png,则粒子1、2、3、4的所处的总的量子态如下式所示:

image.png

将上式经过整理后得如下形式:

image.png


Bob将手中的粒子3发送给Alice,Alice接收到粒子3后和手中已有的粒子2进行联合Bell基测量,使得粒子和粒子3产生纠缠。上式中量子态即为对应的Bell态,当Alice 的测量结果为其中一个量子态时,粒子1和4也产生了纠缠坊塌到相应的量子态上。例如粒子2和3所形成的纠缠对为image.png,则粒子1和4 的纠缠对即为image.png


上述过程即完成了纠缠态的交换,让本来没有任何关系的粒子1和4产生了纠缠,扩大了纠缠对所处的空间距离,使得基于量子纠缠态远距离通信系统的实现成为可能。


参考文献:

1. M. Zukowski, A. Zeilinger,M. A. Home, et al. "Event-ready-detectors" Bell experiment via entanglement swapping. Phys. Rev. Lett. 71,4287 (1993).

2.  M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press (2000).

3. 葛华,“量子安全直接通信及网络技术研究”,华中科技大学博士学位论文(2014).

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