文献综述
(1)研究的现状及发展趋势:
随着人类社会进入高度信息化的时代,更大量、更快速的信息处理成为人们追求的目标,信息论与量子物理学、计算机科学等多种学科相结合产生的量子信息学成为近几十年来人们研究的热点课题之一。利用量子力学理论对信息进行处理的过程中,经常会利用量子系统的许多微观特性,例如微观系统的量子相干性,量子叠加性,和量子纠缠性等。其中,量子纠缠的研究就一直是量子理论基本问题研究的重要课题。量子纠缠是一种物理资源,如同时间、能量、动量等等,能够萃取与转换。应用量子纠缠的机制于量子信息学,很多平常不可行的事务都可以达成。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术,与超光速传递信息相关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快,但我们目前却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。因此爱因斯坦提出的规则,也即任何信息传递的速度都无法超过光速,仍然成立。实际上的纠缠作用并不很远。
2016年12月,从中国科学技术大学获悉,潘建伟院士及同事陆朝阳、陈宇翱等近期在量子信息科研领域再获重大突破,他们通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源,首次成功实现“十光子纠缠”,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。
2017年6月15日公布,中国量子科学实验卫星“墨子号”迎来了第一项重大成果,率先成功实现“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录。
2018年2月,中国实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态,荣获科技部2017年度中国科学十大进展。量子密钥分发能够使通信双方共同拥有一个随机、安全的密钥,来加密和解密信息,从而保证通信安全。在量子密钥分发机制里,给定两个处于量子纠缠的粒子,假设通信双方各自接受到其中一个粒子,由于测量其中任意一个粒子会摧毁这对粒子的量子纠缠,任何窃听动作都会被通信双方侦测发觉。量子隐形传态应用先前发送点与接收点分享的两个量子纠缠子系统与一些经典通讯技术来传送量子态或量子信息(编码为量子态)从发送点至相隔遥远距离的接收点。
量子纠缠理论为量子信息技术的发展打开了广阔的应用前景,使得量子信息与量子计算这一跨学科的交叉研究领域在过去二十多年中从星星之火发展到了燎原之势,带来了当代科学技术的最大变革。在本文主要讨论的量子纠缠性(量子态纠缠),是量子信息的主要微观特征之一,它是指两个或者多个量子系统之间的瞬时的、非定域的、不可逆的关联性,是一种非经典的关联。从上世纪末以来,作为量子信息科学核心资源的量子纠缠被广泛地应用于量子信息处,如量子隐形传态、量子密码、量子纠错、量子计算等研究领域,取得了一系列丰硕的研究成果。
(2)本课题研究的意义和价值:
作为量子通信和量子计算中的一个重要资源,量子纠缠越来越引起了人们的极大关注。量子纠缠是一种奇特而又复杂的量子现象,是指两个或多个量子系统之间的一种非局域、非经典的关联。量子纠缠的存在是量子系统区别于经典系统的最显著特征。在这样的量子系统中,纠缠总是和系统的一些内在性质有着深刻的联系,可以通过对纠缠的研究来发现和解释相关现象。
目前,利用相对嫡纠缠度等度量方法,对于量子自旋体系中基态和热平衡态下的两体纠缠,人们己经获得了很多有意义的结论。例如,通过对一些外部和内部参量的调节,如温度,各向异性以及外界磁场等,可以对量子纠缠进行有效的改变和调控,进而应用到量子通信和量子计算中。而在凝聚态理论中,人们还发现在系统中加入一定的掺杂因子,可以引起系统中包括纠缠在内的一些物理性质的显著变化。例如,在自旋为1/2的量子体系中掺入一个自旋,也可以改变系统内的成对纠缠,并且改变掺杂自旋的位置,系统内的纠缠性质会产生不同的变化。因此,对于复杂的自旋链结构,有必要就掺杂自旋对整个体系纠缠性质的影响作进一步的研究。
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