量子计算应用Ⅱ:量子隐形传输
admin
2023-06-27 22:43:40
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我记得在一次散步中,爱因斯坦突然停下来,看向我,问我是否真的相信月亮只有在我看着它时才存在。然后这次步行的其余时间,我们都在讨论物理学家应该用存在这个词来表达什么意思。(I recall that during one walk Einstein suddenly stopped, turned to me and asked whether I really believed that the moon exists only when I look at it. The rest of this walk was devoted to a discussion of what a physicist should mean by the term 'to exist'.)
—— Abraham Pais

参考教材:老师的ppt和 Quantum Computation and Quantum Information
  • 量子计算应用Ⅱ:量子隐形传输
    • 定义
    • 实现
    • 例子

定义

量子隐形传态 (Quantum Teleportation) 是发送方 Alice 和接收方 Bob 在没有量子通信信道连接的情况下,借助共享的EPR对同时仅通过发送两个经典比特,移动量子状态的一项技术。[1]

实现

  1. 首先,Alice 和 Bob 共享一堆 EPR 对,以 为例;
  2. 同时,Alice还有一个量子比特 ,这也是 Alice 想要发送给 Bob 的;
  3. Alice 对量子比特 和EPR对中的一个量子比特进行操作,并将测量结果发给 Bob;
  4. Bob根据Alice的测量结果对他拥有EPR对中的一个量子比特进行一些操作即可恢复出。[1]





具体的解释见下面的量子电路例子。

例子



电路的初始态为


其中,.

Alice 通过 CNOT 门发送她的量子位。 将 CNOT 应用于前两个量子位:


然后对第一个量子比特应用 Hadamard gate


第一项状态为 的 Alice 量子位和状态为 的 Bob 量子位,这是 的原始状态。如果 Alice 执行测量并获得结果 00,则 为 Bob 的投影,也即是说 Bob 的系统将处于 状态。通过投影,我们可以根据 Alice 的测量结果,获得 Bob 的 post-measurement state[2]


根据 Alice 的测量结果,Bob 的量子位最终将处于这四种可能状态之一。一旦Bob了解了测量结果,Bob 就可以通过应用适当的量子门来修复他的状态 .

  • 如果测量值为 00,则 Bob 无需执行任何操作;
  • 如果测量值为 01,则 Bob 可以通过应用 X 门来修复其状态;
  • 如果测量值为 10,则 Bob 可以通过应用 Z 门来修复其状态;
  • 如果测量值为 11,则 Bob 可以通过先应用 X,然后应用 Z 门来修复他的状态。

综上,Alice 可以借助量子纠缠,并通过经典通信通道将她的测量结果传输给 Bob,从而实现一量子比特信息的传送。经典通道受到光速的限制,因此量子隐形传态不能以比光速更快的速度完成。

本文使用 Zhihu On VSCode 创作并发布

参考

  1. ^ab量子隐形传态和超密编码https://blog.csdn.net/wcs_152/article/details/99291435
  2. ^Quantum Cryptography using new Teleportation schemehttps://www.researchgate.net/publication/320258271_Quantum_Cryptography_using_new_Teleportation_scheme

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