量子隱形傳態主要內容基本概念量子隱形傳態的基本理論量子態轉換一、1997年,奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證。二、2004年，這個小組利用多瑙河底的光纖信道,成功地將量子態隱形傳輸距離提高

到600米。但由于光纖信道中的損耗和環境的干擾,量子態隱形傳輸的距離難以

大幅度提高。三、2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現更遠

距離的量子通信。在自由空間,環境對光量子態的干擾效應極小,而光子一旦穿

透大氣層進入外層空間,其損耗更是接近于零,這使得自由空間信道比光纖信道

在遠距離傳輸方面更具優勢。這個小組2005年在合肥創造了13公里的自由空

間雙向量子糾纏分發世界紀錄,同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光

子的可行性。四、2007年開始，中國科大——清華大學聯合小組在北京八達嶺與河北懷來之間架

設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，證實了量子態隱形傳輸

穿越大氣層的可行性，為未來衛星中繼的全球化量子通信網絡奠定了可靠基礎。國內最新進展中科大和清華大學的聯合研究小組實現16公里的自由空間量子隱形傳態北京八達嶺到河北張家口市懷來縣

量子隱行傳態：將粒子的未知量子態傳輸到另一個地方，把遠處的另一個粒子制備到此態，原來的粒子仍在原處。定義：TeleportinganunknownquantumstateviadualclassicalandEPRchannels基本思想：

將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分。他們分別通過經典通道和量子信道傳輸給接收方。經典信息是發送者對原物通過某種測量得到。量子信息是發送者在測量中未提取的信息。實現過程：Alice和Bob在空間上分隔兩地，Alice擁有粒子1、2,Bob擁有粒子3。在這里，粒子1處于信息態：未知概率幅包含相應的信息傳輸的量子態而粒子2和3構成了四個Bell基其中之一，是一個完全的糾纏態，其可以作為Alice和Bob之間的量子通道，表示為：Bell基這三個粒子所組成的系統總的狀態為：以粒子1和2的四個Bell基為展開次狀態Alice要將手中粒子1的信息態（實際即）傳送到Bob手中的粒子3。為了實現這個過程，必須首先由Alice對粒子1和2作Bell基測量，并且將測量的結果用經典信息通道告訴給Bob，然后Bob根據Alice提供的信息，決定對粒子3作幺正變換，以實現對粒子1的傳輸。具體操作過程及結果如下：1）、如果Alice宣布Bell基測量結果為（即粒子3坍塌到展開式第一項），則Bob手上粒子3的態將為。此時Bob對粒子3做X操作：2）、如果Alice宣布Bell基測量結果為（即粒子3坍塌到展開式第二項），則Bob手上粒子3的態將為。此時Bob對粒子3做Y操作：3）、如果Alice宣布Bell基測量結果為（即粒子3坍塌到展開式第三項），則Bob手上粒子3的態將為。此時Bob對粒子3不做任何操作4）、如果Alice宣布Bell基測量結果為（即粒子3坍塌到展開式第四項），則Bob手上粒子3的態將為。此時Bob對粒子3做X操作：例子：設計進行量子隱形傳態的量子電路首先送信者和收信者共同擁有如下的貝爾狀態送信者的初期狀態如下：1）、送信者A將自己擁有的兩個qubit經過控制非門（CNOT）演算變換后，此時送收信者狀態將變換成如下狀態：2）、送信者A將自己擁有的第一個量子比特進行H門操作測量他們分別通過經典通道和量子信道傳輸給接收方。TheprocesssummarizationTheinteractionHamiltonianofcavity-fibercanbewrittenas量子信息是發送者在測量中未提取的信息。此時Bob對粒子3做Y操作：ModelandPurpose在遠距離傳輸方面更具優勢。如果探測到A1和A2的符合,那么B光子應當處于45°的偏振態.Thisistheveryreasonwhyquantumteleportationusingcoherenttwo-particlesuperpositionsworks,whileanymeasurementononeparticlesuperpositionswouldfail.的偏振態上,這個光子入射到分束器BS,與Alice的光子疊加在一起.在自由空間,環境對光量子態的干擾效應極小,而光子一旦穿2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，證實了量子態隱形傳輸設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在以粒子1和2的四個Bell基為展開次狀態而粒子2和3構成了四個Bell基其中之一，是一個完全的糾纏態，其可以作為Alice和Bob之間的量子通道，表示為：第三者Carol通過偏振器把其光子制備到待發送偏振探測器PD可以將B光子按其偏振狀態的不同經由不同通道輸出,當B光子處于45°偏振態時,探測器B+接收到光子,而探測器B-只能接收到處于-45°偏振的B光子.但由于光纖信道中的損耗和環境的干擾,量子態隱形傳輸的距離難以經典通道有關量子teleportation隱形傳態值得注意一點是：在執行測定的同時，送信者將毀滅自己希望傳送的qubit。也就是說：在執行測定的瞬間送信者將失去自己的qubit，這個qubit附載的信息被傳送給了受信者。如此說來，是否可以說借助量子teleportation隱形傳態技術可以超越光速傳遞信息，回答是“No”。為什么，因為收信者在測定發生的瞬間無法得知送信者傳送的qubit，只有當受信者獲得送信者通過經典信道傳送過來的2bit信息，并對送信者的qubit執行復原變換后才可獲知送信者的信息。從這一點上來說，利用量子teleportation隱形傳態技術傳遞信息，并非可以超越光速，這與物理法則并不矛盾。思考實驗執行（證明）圖2是奧地利小組的實驗原理裝置.O是糾纏光子對的光源(即參量下轉換器件),孿生光子分別傳送給Alice和Bob,Alice處有半透半反分束器BS和光子探測器A1,A2,Bob處有偏振探測器PD和兩個光子探測器B+,B-.第三者Carol通過偏振器把其光子制備到待發送的偏振態上,這個光子入射到分束器BS,與Alice的光子疊加在一起.為敘述方便,我們將Alice,Bob,Carol三人的光子分別稱為A,B,C光子.根據分束器的量子理論,每個入射光子的反射或透射的幾率相同,當分束器的兩個輸入口同時有一個光子進入時,兩個光子的反射和透射幾率幅將發生重疊.基于量子力學的幺正性,若兩個光子同時被反射會出現一個附加負號,因此,兩個過程會彼此抵消.當然,只有在兩個入射光子處于對稱態的場合才會出現這種情況.在兩個入射光子處于反對稱態[即如(1)式所示的單重糾纏態]時,兩種幾率將會出現另一個附加相對負號,因而產生相長干涉.因此,若A光子和C光子處于單重糾纏態,那么分束器BS兩個輸出端的探測器將同時記錄到光子(即符合計數).借助于探測器A1和A2的這種符合計數,可以將A光子和B光子投影到Bell基中的單重態上.為了確實一個未知的量子態能夠被隱形傳送,該實驗首先演示一組完備基矢可以被隱形傳送,然后再證實這個基矢的疊加態也可以被隱形傳送.為此,先使C光子處于45°線偏振態,通過記錄探測器A1和A2之間的符合,可以識別C光子與A光子單重態|ψ-出現這個結果的幾率是25%.如果探測到A1和A2的符合,那么B光子應當處于45°的偏振態.偏振探測器PD可以將B光子按其偏振狀態的不同經由不同通道輸出,當B光子處于45°偏振態時,探測器B+接收到光子,而探測器B-只能接收到處于-45°偏振的B光子.為證實量子隱形傳態,一旦探測器A1和A2同時記錄到光子,此時應當只有B+會記錄到光子,而B-不可能探測到光子.因此,只要記錄到B+A1A2存在三重符合而B-A1A2不存在三重符合,便可證明A光子的偏振態已經傳送給B光子了。TheprocesssummarizationAcompleteBell-statemeasurementcannotonlygivetheresultthatthetwoparticles1and2

areintheantisymmetricstate,butwithequalprobabilitiesof25%wecouldfindtheminanyoneofthethreeotherentangledstates.Whenthishappens,particle3isleftinoneofthreedifferentstates.ItcanthenbebroughtbyBobintothe

originalstateofparticle1byanaccordinglychosentransformation,

independentofthestateofparticle1,afterreceivingviaaclassical

communicationchanneltheinformationonwhichoftheBell-state.AnalyseItisalsoimportanttonoticethattheBell-statemeasurementdoesnotrevealanyinformationonthepropertiesofanyoftheparticles.Thisistheveryreasonwhyquantumteleportationusingcoherenttwo-particlesuperpositionsworks,whileanymeasurementononeparticlesuperpositionswouldfail.Aftersuccessfulteleportationparticle1isnotavailableinitsoriginalstateanymore,andthereforeparticle3isnotaclonebutisreallytheresultofteleportation.量子態轉換問題近距離量子信息交換方案Quantumstatetransfer此時Bob對粒子3做X操作：O是糾纏光子對的光源(即參量下轉換器件),孿生Alice要將手中粒子1的信息態（實際即）傳送到Bob手中的粒子3。此時Bob對粒子3不做任何操作首先送信者和收信者共同擁有如下的貝爾狀態1）、送信者A將自己擁有的兩個qubit經過控制非門（CNOT）演算變換后，此時送收信者狀態將變換成如下狀態：2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，證實了量子態隱形傳輸圖2是奧地利小組的實驗原理裝置.透大氣層進入外層空間,其損耗更是接近于零,這使得自由空間信道比光纖信道從這一點上來說，利用量子teleportation隱形傳態技術傳遞信息，并非可以超越光速，這與物理法則并不矛盾。為證實量子隱形傳態,一旦探測器A1和A2同時記錄到光子,此時應當只有B+會記錄到光子,而B-不可能探測到光子.當然,只有在兩個入射