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量子纠缠、隐形传态和随机性
摘要。对单个量子系统（例如单个光子、原子或离子）的精确控制为一系列量子技术打开了大门。这一概念的目标是创建能够利用量子效应解决数据处理和安全信息传输问题以及比现有方法更有效地对周围世界参数进行高精度测量的设备。量子技术出现的关键一步是二十世纪下半叶的开创性工作，它首先展示了量子力学对自然的描述的矛盾性和正确性，其次，奠定并引入了成为现代量子技术基础的基本实验方法。2022 年诺贝尔物理学奖授予了 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger，以表彰他们对纠缠光子的实验、建立贝尔不等式的违反以及开创量子信息科学。
基于卫星的纠缠分布和具有连续变量的量子隐形传态
卫星量子通信的进步旨在通过提高传输信息的安全性来重塑全球电信网络。在这里，我们研究了大气湍流对地面站和卫星之间光学区域中连续变量纠缠分布和量子隐形传态的影响。更具体地说，我们研究了在下行链路和上行链路场景中，由于分布中的各种误差源（即衍射、大气衰减、湍流和探测器效率低下）导致的纠缠退化。由于使用这些分布式纠缠资源的量子隐形传态协议的保真度不够，我们包括一个中间站，用于状态生成或光束重新聚焦，以分别减少大气湍流和衍射的影响。结果表明，在低地球轨道区域的下行链路中，自由空间纠缠分布和量子隐形传态是可行的，但在中间站的帮助下，在上行链路中也是可行的。最后，完成恶劣天气条件下微波光学比较研究，以及地地和卫星间量子通信水平路径研究。
量子能量隐形传态中量子关联的稳健性
在本文中，我们探索了不同量子场论 (QFT) 中的反馈控制协议，以研究量子系统非幺正演化中的量子关联。传统的 QFT 研究侧重于幺正演化下纯态的量子纠缠，然而，我们使用量子能量隐形传态 (QET)（一种利用基态纠缠的能量传输协议）来研究混合态中的量子关联，并引入量子不和谐作为度量。QET 涉及中间电路测量，这会破坏纯态纠缠。尽管如此，我们的分析表明，量子不和谐在整个 QET 过程中保持关联。我们使用包括 Nambu-Jona-Lasinio (NJL) 模型在内的基准模型进行了数值分析，揭示了量子不和谐始终充当相变的序参数。该模型被扩展为同时具有手性化学势和化学势，这对于研究模拟与手性密度算子耦合的左夸克和右夸克之间的手性不平衡的相结构很有用。在我们研究的所有情况下，量子不和谐都表现为相变的序参数。
量子隐形传态意味着对称保护的煵愀搀ⁱ...
我们利用局部性的见解来约束一类广泛的隐形传态协议。在我们考虑的“标准”隐形传态协议中，所有结果相关的幺正态都是以测量结果的线性函数为条件的泡利算子。我们发现所有这类协议都涉及准备一个“资源状态”，该状态表现出对称保护拓扑 (SPT) 序，具有阿贝尔保护对称 G k = ( Z 2 × Z 2 ) k 。通过测量本体中相应的 2 k 个弦序参数并应用结果相关的泡利算子，将 k 个逻辑状态在链的边缘之间隐形传态。因此，这一类非平凡的 SPT 状态对于 k 个量子比特的标准隐形传态既是必要的，也是充分的。我们用几个例子说明了这个结果，包括簇状态、其变体和非稳定器超图状态。
关于贝尔态、超密编码和量子隐形传态的几点注释
四个贝尔态 | φ + ⟩ 、 | ψ + ⟩ 、 | φ − ⟩ 和 | ψ − ⟩ 是正交的，因此可以通过量子测量区分。因此，在收到 Alice 的变换量子比特（EPR 对中她的一半）后，Bob 可以测量两个量子比特并恢复 b 0 b 1 。因此，一个量子比特携带两个经典信息比特；这是超密集编码。我们在上面看到了一个例子，其中 Bob 使用图 2 中所示的逆贝尔电路从 | φ + ⟩ 恢复了 | 00 ⟩。
量化双向量子隐形传态的性能
双向隐形传态是通过共享资源状态和本地操作与经典通信 (LOCC) 在双方之间交换量子信息的基本协议。在本文中，我们开发了两种看似不同的方法来量化非理想双向隐形传态的模拟误差，即通过归一化钻石距离和信道不保真度，并证明它们是等效的。通过将 LOCC 允许的操作集放宽到完全保留部分转置正性的操作集，我们获得了非理想双向隐形传态模拟误差的半正定规划下限。我们针对几个关键示例评估了这些界限：当根本没有资源状态时以及对于各向同性和沃纳状态，在每种情况下都找到了一个解析解。上述第一个示例为经典与量子双向隐形传态建立了基准。另一个示例包括由广义振幅阻尼通道对两个贝尔状态的作用产生的资源状态，我们为其找到了模拟误差的解析表达式，该解析表达式与数值估计一致（最高可达数值精度）。然后，我们评估了 [Kiktenko et al ., Phys. Rev. A 93 , 062305 (2016)] 提出的一些双向隐形传态方案的性能，发现它们不是最优的，并且没有超出上述双向隐形传态的经典极限。我们提出了一种可证明是最优的替代方案。最后，我们将整个开发推广到双向受控隐形传态的设置，其中有一个额外的协助方帮助交换量子信息，并且我们为该任务建立了模拟误差的半正定规划下限。更一般地，我们提供了使用共享资源状态和 LOCC 的二分和多分信道模拟性能的半正定规划下限。
理解量子隐形传态协议
量子计算的发展推动了对量子网络的发展需求，以便将地理上分散的量子计算机互连 [1,2]。量子隐形传态协议可以将任意未知的量子态从一个位置传输到另一个位置 [3]。本文旨在说明如何将复杂系统的行为分解和抽象为一组较小的块，以方便理解更复杂的行为。具体来说，我们将展示如何将量子隐形传态协议（量子网络的基本元素）分解为其组成块，独立研究每个块的行为，并检查这些块的互连集合如何表现，从而简化对协议工作原理的理解。量子隐形传态协议通常被视为“神奇的”，因为它是将未知量子态从一个位置传输到另一个位置的唯一方法 [2]。我们试图揭开这种观点的神秘面纱，以表明量子隐形传态协议背后没有“魔法”。通过对量子力学块的数学抽象建立良好的理解，检查组成块的行为，研究块集合的组成，并使用大学水平的代数进行简单的数学分析，人们可以轻松理解该协议的工作原理。在本文中，我们假设读者对量子信息理论表示有基本的了解。
基于多方隐形传态能力的真正多方纠缠测量
量化纠缠对于理解纠缠作为量子信息处理中的一种资源至关重要，为此提出了许多纠缠度量。在数学上定义纠缠度量时，我们应该考虑纠缠态和可分离态之间的可区分性、局部变换下的不变性、局部操作和经典通信下的单调性以及凸性。这些要求是合理的，但可能还不够，特别是考虑到量子态在多方量子信息处理中的有用性时。因此，如果我们想研究多方纠缠作为一种资源，那么在定义多方纠缠度量时就必须考虑量子态在多方量子信息处理中的有用性。在本文中，我们基于三方隐形传态能力为三量子比特系统定义了新的多方纠缠度量，并表明这些纠缠度量满足成为真正多方纠缠度量的要求。我们还将纠缠测量推广到 N 量子比特系统，其中 N ≥ 4，并讨论了这些量可能是测量真正多部分纠缠的良好候选者。
通过量子隐形传态实现四量子比特纠缠态
引言量子协议领域的研究已经得到了广泛的开展。在量子密码学领域，Ekert [1]使用两个EPR量子比特(Einstein、Podolsky、Rosen)的状态作为状态紧密性测试器，并在Bennet通信协议[2]中通过单粒子和双粒子算子共享这个EPR。1993年，Bennet等人[3]首次提出了通过EPR通道进行一个量子比特状态的量子隐形传态的理论协议。量子隐形传态是通过划分量子纠缠态和涉及一些非局部测量的经典态，在发送者(Alice)和接收者(Bob)之间的不同地方发送任意数量的无法识别的量子比特的过程。一般来说，Alice中的非局部测量采用射影测量，而Bob中的非局部测量则是幺正操作。还有一些协议，其非局部测量是通过 Aharanov 和 Albert [4] 的方法实现的，Kim 等人 [5] 的实验和 Cardoso 等人 [6] 的工作中实现了非线性相互作用，这些相互作用利用了状态源腔和通道源之间的共振。对于任意两个比特的纠缠态，量子通道的选择是通过 Schmidt 分解测试 [23] 获得的，而在多立方体中，则是通过其约化密度矩阵的秩值的组合 [24] 获得的。
探索植物表观遗传信息的量子隐形传态现象：对将基因组存储的经验转移给近亲的意义
量子隐形传态是一种令人着迷的现象，在物理学领域引起了广泛关注。最近的研究表明，量子隐形传态可能超出基本粒子的范围，并适用于复杂的生物系统。在这篇评论文章中，探讨了植物表观遗传信息的量子隐形传态现象及其对将基因组存储的经验转移给近亲的潜在影响。本文首先介绍了量子隐形传态的概念及其基本原理。然后，深入研究了新兴的表观遗传学领域，讨论了表观遗传修饰在植物适应和对环境刺激的反应中的作用。随后，介绍了通过水平基因转移在植物之间转移表观遗传信息的现有证据，并探索了量子隐形传态作为此类转移的替代机制的可能性。讨论了量子隐形传态对基因组存储经验转移的影响，包括对植物进化和适应的潜在影响。此外，还讨论了研究生物系统中量子现象的挑战和局限性，并提出了这一激动人心的领域未来的研究方向。总之，虽然植物表观遗传信息的量子隐形传态现象前景光明，但仍需进一步研究才能充分了解其机制和影响。这些知识将为植物量子隐形传态的可行性和机制提供见解。