分类号编号烟台大学毕业论文（设计）通过EPＲ通道传输二进制信息的量子通信方案Ｂｉｎaｒy Infoｒmａtiｏn Transfer vｉa the Einsｔeｉn－Poｄoｌsky—RoseｎChaｎnｅl申请学位：学士院系：光电信息科学技术学院专业:应用物理姓名：刘峰学号：2指导老师:曹德忠(讲师）2０08年5月24日烟台大学通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案姓名：刘峰导师：曹德忠(讲师）2008年5月24日完成地点:烟台大学烟台大学毕业论文(设计）任务书院（系）:[摘要］:本文简单的介绍了纠缠态的定义。
回顾了量子通信方案、量子克隆方面的文献。
在以前量子通信方案的基础上，本文作者提出了一个新的只利用EＰR通道传输二进制信息的量子通信方案，并对此方案进行了评价。
[关键词]：纠缠态; 非精确克隆；EPR通道；量子通信ﻬ[Aｂsｔrａct］： Tｈis disserｔatｉｏn iｎtｒoduceｓ the deｆｉｎition ｏｆ entａnｇｌed sｔate and reviｅws the liteｒatｕｒｅ about quant ｕm coｍmｕｎicatiｏn sｃheme and qｕantum cｌoｎiｎｇ．Ｂaｓed on the previｏuｓ quａntum ｃommunｉｃatｉｏn ｓchemes，ｔhe autｈｏr designs a new scｈｅme only ｕsｉng EＰR ｃhａｎnｅｌ to trａnspｏｒt ｂｉnary i ｎｆormａtｉoｎ。
Ａdｄiｔionally，ｔhe autｈor makes an eｖａｌuaｔion ｏf tｈis ｓchｅme。
[Key worｄｓ］Ｅntaｎgled ｓtate，Inacｃｕrate Cloniｎｇ, EPR Cｈannel， Qｕａntum Cｏmmuｎication目录1ﻩ引言................................................ 错误!未定义书签。
1.1 研究背景.................................... 错误!未定义书签。
1.2 纠缠态ﻩ错误!未定义书签。
1．3 几种量子通信方案.............................. 错误!未定义书签。
1。
4ﻩ量子克隆..................................... 错误!未定义书签。
2 通过EＰR通道传输二进制信息的量子通信方案.......... 错误!未定义书签。
2。
１方案简述...................................... 错误!未定义书签。
2.2方案描述ﻩ错误!未定义书签。
2.2.１ﻩ达成通信协议ﻩ错误!未定义书签。
2．2。
2 EＰR通道传输ﻩ错误!未定义书签。
2.3 方案扩展...................................... 错误!未定义书签。
2．4 应用ﻩ错误!未定义书签。
２.4.1 通信协议................................. 错误!未定义书签。
2.4.2 方案应用................................. 错误!未定义书签。
2.５缺陷........................................... 错误!未定义书签。
3 结论............................................... 错误!未定义书签。
致谢................................................... 错误!未定义书签。
参考文献............................................... 错误!未定义书签。
1 引言１.1 ﻩ研究背景自量子力学建立以来,这一理论就不断改变着人们对世界的认识。
由于量子力学中的“不确定性”以及“纠缠”等独特的性质和现象，利用量子力学设计新的通信方式逐渐引起人们的关注。
随着近年来实验条件的进步，一系列量子通信领域的理论结果得以验证,量子通信引起了物理界的极大兴趣和重视。
量子通信方案可以分为两类，一类是包含E ＰR ［1］通道和经典通道的量子通信方案,一类是只包含ＥPR 通道的量子通信方案。
然而，很多通信方案都遭到了不同程度的质疑。
其中,争议最多的就是只包含E ＰR 通道的量子通信方案。
这是因为包含ＥPR 通道的量子通信方案与超光速通信紧密的联系在一起。
H ｅｒｂert [２]于1982年提出了一种只通过E ＰR 通道进行通信的方案.由于这一方案仅利用了EPR 通道，因此信息的能够以超越光速传递。
这一方案立刻遭到了Wo ｏｔe ｒs 、Z ｕrek ［3]以及Ｇｌau ｂｅr [4］等人的反对.Ｗｏｏters 和Z ｕrek 证明基于量子力学的态叠加原理,不存在能够精确复制任意量子态的物理过程。
这一结果称为“量子不可克隆定理".由于H ｅrbert 的方案中涉及到了量子态的精确克隆,所以这一方案被否定了。
量子不可克隆定理在一段时间内限制了对量子克隆的讨论.然而，随着概率克隆和非精确克隆等量子克隆方式的出现，利用量子克隆实现只包含EP Ｒ通道的量子通信方案的可能性再度引起了广泛的讨论。
尽管Brus ｓ［5］等人从理论上讨论了利用纠缠作用进行超光速通信的可能性，并证明了在当前的量子力学理论框架下不允许此类通信方案的存在。
但新的只利用了EPR 通道的量子通信方案仍被设计出来,并等待实验的验证。
1。
2ﻩ纠缠态纠缠是量子力学中奇妙的特性之一。
在处于纠缠态的系统中，各子系统并不是独立存在而是与其它子系统之间存在着一种相互作用。
这种相互作用是瞬时的并且可以作用在任意远的距离上。
也就是说，这种相互作用是不受时间和空间的限制的。
考虑１、２两个系统.设1|ϕ>与2|ϕ>是1、2两系统的本征态。
如果1、２两系统的本征态12|ϕ>不能写成它们各自本征态的直积形式,即：1212|||ϕϕϕ>≠>⊗> （1）那么就称1、2两系统处于纠缠态［６].混态的纠缠态可以用密度矩阵来定义[６]：1212ρρρ≠⊗（２）下面我们通过一个例子来解释为什么说纠缠作用是一种不受时间和空间限制的作用。
假设有两个光子1和2,它们处于纠缠态：121212|>=↔↔ψ|>|>-|>|>） (3） |>和↔|>为光子的本征态。
|>表示光子处于竖直偏振态上,↔|>表示光子处于水平偏振态上。
当对其中一个光子进行测量时，若发现它是竖直偏振的,那么,系统的态函数就会立刻蹋缩为1212|>=↔ψ|>|> (4)即在光子１的状态被确定的瞬间，光子２的状态也被确定下来，不过这两个光子距离多远。
也就是说在光子1和光子２之间存在一种不受时间和空间限制的纠缠作用。
值得阐明的是，(3）式所面熟的状态并不是只有一个光子处于竖直偏振态上，另一个光子处于水平偏振态上，但我们不知道那一个光子水平偏振，哪一个光子竖直偏振。
如果这样看待两个光子的关系,那么两个光子之间便不存在任何相互作用,而只有逻辑上的关系。
举例来说，加入甲地的一个箱子中方有一个黑求和一个白球.一个人随机的从箱子中抽取一个球并在不知道所取出球的颜色的情况下将去放入另一个箱子中，然后带到乙地。
这时，虽然我们知道这两个球一个是黑球,一个是白球,但我们并不知道甲地的是黑球还是乙地的是黑球。
当我们观察其中一个球时,我们同时也就知道了另一个球的颜色.然而,这并不表示家底和一地的两个球有某种相互作用。
我们能够判断处两地球的颜色,完全是一种逻辑上的推断。
处于纠缠态的一对光子与上例中所说的两个球的不同之处在于,在光测光子之前,光子的偏振态是不确定的。
能够确定的是两光子自偏振态的关系。
假如光子1被观测到在竖直方向上偏振，那么光子2必然在水平方向上偏振。
如果重复这个实验，但这次观测到光子1是在45度方向上偏振，那么光子2必然在-45度方向上偏振。
也就是说光子1和2的偏振方向的观测结果必然是相互正教的，但在观测前光子1和２的偏振方向并不确定.这种“不确定”并不是指光子1和2实际处在某两个偏振态上，但我们不知道是那两个偏振态，而是指光子１和2处于一种没有确定偏振态的状态。
如果在观测之前，光子1和2的偏振态就是确定的（就像两个球的颜色在观测之前就是确定的一样),并假设一个事竖直偏振,一个是水平偏振。
那么当用一对相互正交的偏振片(假设一个是45度偏振片，一个是—45度偏振片）检测光子１和2时，若光子1闯过了偏振片,那么光子2也可能不会穿过偏振片。
丹饰演上并未发现这种情况.也就是说,光子1和2的偏振态是在观测之后才确定下来的。
如果重复上述实验，若光子1穿过了偏振片，那么另一个光子必然会穿过偏振片.１.3 几种量子通信方案量子通信是指基于量子力学理论的通信方式。
信息的传递机制完全或部分的根据量子力学理论来设计.量子通信可以通过不同的方案实现。
根据痛惜方式的特点和适用条件，不同的量子通信方案可以应用于不同的用途。
量子通信目前还主要处于研究阶段。
虽然有初步的应用，但仍有很多问题等待解决。
199３年,Ｂennett ［7］等人从理论上提出了一种“量子隐形传态"方案。
这种量子通信方案的实施需要两条通道:一条经典通道和一条EPR 通道。
经典通道是指基于经典理论的通信方式,例如电话、电报等通信方式.EPR 通道是指纠缠租用。
量子隐形传态可以完全作为一种传递量子态的通信方式.而如果对所传递的量子态进行编码。
例如规定数值偏振态对应二进制数字１。
水平偏振态对应二进制数字0，那么量子隐形传态又可以传递经典信息.最简单的量子隐形传态需要三个粒子。
一个事目标粒子(记为粒子１）。
目标粒子所处的来年高姿态就是要传递的量子态。
另外两个粒子是处于纠缠态的一对粒子(记为粒子2和粒子３)。
假设粒子1为处于未知偏振态的光子，其态函数可写为:111|a>=ψ|90>+b|0> （5)22||||1a b +=,a ，b 就是要传送的量子信息。
|90>表示光子在90度方向上偏振，|0>表示光子在0度方向上偏振。
粒子2和粒子3为处于纠缠态的粒子，其态函数可写为：()231212|->=ψ|90>|0>-|0>|90>） (6） 信息发送者Alic ｓ拥有光子1和光子2，信息接收者Ｂo ｂ拥有光子３.由1,2，3光子组成的系统的态函数可写为:123123123123123|>=ψ|90>|90>|0>-|90>|0>|90>）|0>|90>|0>-|0>|0>|90>） (7）此时，光子1与由光子２和光子３组成的系统之间没有任何关系.接下来，Alics 对光子1和光子２进行一次冯。