量子纠缠纯化新进展课件.ppt

量子纠缠纯化新进展 盛宇波 通信与信息工程学院 信号处理与传输研究院 Outline 1. Motivation 一 纠缠纯化背景 量子通信的分支： 1 量子密钥分发 （QKD） 2 量子密集编码 （QDC） 3量子安全直接通信 （QSDC） 4 其他 由于纠缠只能通过局域产生，然后通过信道发送粒子的方式来共享。这样，就纠缠粒子和环境的相互作用就不可避免。本来处于最大纠缠态的粒子就会发生退相干，这种退相干通常有两种方式: (1) 由纯的最大纠缠态变成混合态。 (2)由最大纠缠态变成部分纠缠态。 纠缠纯化方案的分类： 1 渐进式纠缠纯化 2 确定性纠缠纯化 双向CNOT作用的真值表 Bennett等人的纯化方案的缺点： (1)基于CNOT门，实验上不好实现； (2)步骤复杂，每次纯化都要经过双边旋转 恢复到Werner态； (3)纯化效率不高，资源浪费严重。 改进的CNOT门纯化方案: Deutsch(量子计算创始人之一，量子图灵机概 念提出者，著名Deutsch算法提出者) PRL 77 2818 (1996) 渐进的纠缠纯化（2） 去除交叉项之后： 选择四个空间模式都有光子： 和CNOT门纠缠纯化方案的比较： 1 PBS在这里也实现了CNOT的作用。 2 PBS方案在实验上实现简单。 3PBS方案效率只有CNOT方案的一半。 不足:(1)基于理想源，而现实中实现的是PDC源。 (2) 需要单光子探测器。 (3) 效率比较低。 渐进的纠缠纯化（3） 1利用cross-Kerr nonlinearity基于PDC源的纯化方案 cross-Kerr nonlinearity 基本原理： 相位翻转错误 推广到N个粒子的情况: Parity check 后选择相同的相位移动： 确定的纠缠纯化（1） PDC源发出单对光子： 如果没有发生比特翻转错误： 如果其中一个粒子发生比特翻转错误： 确定的纠缠纯化（2） 超纠缠态： 特点： (1)以确定的方式得到了保真度为1的最大纠缠态，这是以前所有方案中没有的； (2)没有光子损耗，与传统纯化方式相比，节省大量资源； (3)在实验上面不需要单光子探测； (4)我们证明我们的纯化可以用非局域下的贝尔态分析。 纠缠纯化新进展（1） Purification： 比特翻转错误： 相位翻转错误： 相干态损耗错误： 多光子多相干态的纯化 纠缠纯化新进展（2） Single server: The client has to have some minimun quantum power, such as the ability of emitting randomly rotated single-qubit states, or the ability of measuring states. Two Server: (they share Bell states,but cannot communicate with each other) The client can be completely classical. Clean Bell state pairs is necessary. They need the entanglement distillation. BFK blind protocol [1] Double-server blind protocol 特点： 1 they require n pairs of degraded mixed states. After repeating their protocol for many rounds, they can finally obtain about pairs of maximally entangled states. 2 They also exploit the controlled-not gate to complete the task, which is not experimentally feasible in current technology. 3 Moreover, they require the initial fidelity of the mixed state to be greater than 81%. Our protocol 初始状态： 没有出错： 出错： 优点： 1 First, we can obtain the deterministic maximally entangled state with the success probability of 100% in princi