王 楠（西安科技大学，西安 710054）
摘 要：因为量子信道的羁绊特性在量子通讯方面没有很好的发挥，本文提出了一种丈量量子信息改动量的量子通讯办法，该办法可以绕过量子通讯中的经典信道部分，并凭借弱丈量的办法使得其在试验中有极大或许可以完成，然后完成超光速通讯。
关键词：量子羁绊；弱丈量；通讯
0 导言
跟着量子力学的开展，量子羁绊特性越来越成为量子信息范畴中不行代替的重要资源，它己被广泛使用于量子通讯、量子密钥分发和量子隐形传态等各种量子处理进程中 [1-2] 。量子羁绊体现出的多个量子体系之间存在非经典的特色，例如强相关性和非定域性，是可以差异量子范畴和经典范畴的一个明显特征。因为羁绊态具有强相关的特色，因而两个粒子不管在空间间隔上有多远,它们彼此之间都会有量子范畴的联络，假如对其间一个粒子的丈量将会使别的一个粒子量子态的状况呈现塌缩 [3] ，即可以确认粒子的状况。关于这种鬼怪般的超距效果，在量子长途通讯中是很有开展前景的。
1 基本原理
在量子力学理论中，人们习气大将半自旋粒子A和B (EPR对)的两个态别离记为|0>和|1>，|0>表明粒子自旋方向向上，|1>表明粒子自旋方向向下。它们作为一个体系处于如下的量子态(称为EPR 态) [4] :
|Ψ (A, B)>= (|0> A |1> A – |1> A |0> B ) (1)
这便是粒子之间的一种量子羁绊态。对其所表明的量子态体系在被丈量之前，每一个粒子的自旋状况尽管只需两种，但都是不确认的，只能单独地计算出其间一个粒子被丈量后得到的一种成果的概率是1/2，一旦某个人丈量了其间一个粒子的自旋状况，那么别的一个粒子的自旋状况也就马上确认下来，即为前一个粒子相反的状况；而且不管两个粒子在空间上相距多远，只需这种羁绊特性不消失，它们都处于这种相彼此关的状况，这便是量子力学的非局域效应(non-local effect)。
现在依据文献[1]在量子通讯中运用的技能是量子隐形传态，可以从其基本原理中找到进行长途通讯的办法。但是量子隐形传态需求经典信道，这一部分却约束了量子羁绊在通讯中的先天优势。假如可以战胜经典通讯的约束，那么会对量子通讯带来极大的开展。但咱们怎么才干看到“盒子里的猫”呢？
2 运用弱丈量进行量子通讯的想象
因为在上述量子隐形传态中，需求传送的是不知道态粒子的悉数量子信息，就只能经过提取量子信息和经典信息的办法来传送。这关于量子保密通讯是很有用的，但不能解决远间隔通讯。经典信道的推迟和搅扰，以及对传统网络的负载压力关于寻求安全精确大容量的通讯办法来说无疑是短板一块。因而，怎么绕过经典信道来传输信息便是本文研讨的首要问题。
而因为量子态的塌缩效应，不管丈量或是调查均会引起量子态的塌缩，使其失掉量子态的各种特点，然后发生退相干。为了防止塌缩，咱们可以运用弱丈量的办法，量子弱丈量本质是在冯·诺依曼丈量和半正定算子值丈量的基础上开展出来的一种部分塌缩丈量。在两比特量子态遭受退相干环境之前履行前置的量子弱丈量并在遭受环境后履行相对应的反应丈量能有用地维护量子态的羁绊 [5] 。从原理机制上看，结合前置的量子弱丈量和后置的回转丈量能有用地按捺退相干的原因首要有两点：第1，履行前置量子弱丈量的效果是先下降体系激起数所占的权重，以便在遭受噪声环境时削减受其影响；第2，履行回转丈量的效果是使量子态与噪声环境效果今后从头康复激起数的权重，可以使被损坏的初始态得到概率性康复。在量子弱丈量的计划中，单次进行丈量时不会呈现波包塌缩的状况，而且可以保存量子体系的相干叠加性，其价值是进行一次丈量得到的关于体系的信息量很小 [6-7] 。随后可以将小信号进行扩大，直到可以检测到量子体系的改动量即可，这样就可以测得信息。
上文说到的弱丈量现已在试验室中完成，R. Vijay领导的小组完成了名为《量子位的量子反应操控》的弱观测试验报告 [8] ，这是一个根据频率的丈量。其间规划的反应操控环路可以发生反应来批改体系观测所带来的影响，然后丈量并记录了可以接连盯梢和运用反应的量子态，可以运用超导回路在不损坏量子态的前提下进行量子丈量，而且现已证明了：一个接连的模仿反应计划可以稳定地在超导量子比特回路下进行振动，并使他们独立继续地存在。
其详细的试验办法是：建立一个量子体系，如图1，一种由一个电容并联的约瑟夫森结完成的非谐振动器，弥散耦合于一个三维微波腔中。运用两个最低能级（ω01/2π=5.4853 GHz）构成一个量子比特。在基态的量子比特的谐振腔的谐振频率是ωc/2π=7.2756 GHz。强耦合的输出端口设置的谐振谱线宽度13.4 GHz，而操控和丈量信号经过弱耦合输入端口注入。量子位腔耦合导致了在腔输出字段的一个状况依靠相移(0.687 GHz)，其间的状况信息包含在一个正交信号上。腔的输出发送到邻近的一个无噪声的相位灵敏的参量扩大器（结）以促进相关正交电路到与经典电路相适应的水平。该参量扩大器输出被进一步扩大和零差检测，以使得扩增的正交（Q）包含了终究的丈量信号。
在此思路上，提出了根据量子信息改动量的量子通讯办法，即：可以从传送完好的量子态到只传送部分量子态，然后丈量前一次传送和后一次传送的改动量即可。例如，若设第一次传送的状况为|0>，第2次传送的状况为|1>，则可判别为一次改动，记为1；若第2次仍为|0>，则记为0。因为量子态的羁绊性，在发送端进行一次前置弱丈量，就会改动量子体系的状况。
而详细的通讯进程，可以分为通讯部分和丈量部分,它们是彼此交织的。咱们可以界说时隙T，初始状况设为不知道量x，承受端先进行一次弱丈量，记录下此刻的状况x’，在T时刻后发送端进行一次弱丈量，此刻只进行前置弱丈量，即改动发送端量子态，接纳端进行一次完好弱丈量，记录下此刻的状况x 1 ’，若在T时隙内涵发送端不进行后置反应丈量，则x’必定与x 1 ’不同（此处可设定阈值），此T时隙即发送“1”；若在T时隙内涵发送端进行后置反应丈量，则不改动量子态，即x’与x 1 ’相同，此T时隙即发送“0”,如图2。因为发送一位编码需求两个时隙，所以时隙不行连续，且因为码字只与此刻隙和上一时隙有关，所以此体系抗搅扰能力强。时隙的巨细可以决议体系的传输速率，在同一个传输体系中，时隙应该设定为同一个数值。然后可以完成同步。若没有后置反应丈量回路，则终究会损坏羁绊联系，所以在0和1的编码设置上有待改善，然后延伸体系羁绊有用时刻。
3 定论
假如本文提出的量子通讯办法行之有用，那么信息的超光速传输将会成为实际，将对信息技能职业甚至太空探究都有肯定的重要性。而就现在来说，本文所提的办法完成困难，造价昂扬，因而还需进行理论完善和试验，且详细完成办法均有待改善。
参考文献
[1] Bennett C H，G Brassard，C Crepeau, et al. Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels[J].Physical Review Letters,1993,70:1895.
[2] Nielsen M A. Quantum Computation and Quantum Information[M]. Cambridge University Press, Cambridge, England,2000.
[3] 葛华.量子安全直接通讯及网络技能研讨[D].湖北:华中科技大学,2014.
[4] 苏晓琴,郭光灿.量子隐形传态[J].物理学发展,2004,24(3).
[5] 何娟.量子弱丈量及量子相关相关问题研讨[D].安徽大学,2015.
[6] 玉素甫·吐拉克.量子弱丈量理论及其使用[D].北京:中国科学院研讨生院,2012.
[7] Aharonov Y, Albert D Z, Vaidman L. How the Result of a Measurement of a Component of the Spin of a Spin-1/2 ParticleCan Turn Out to be 100[J]. Physical Review Letters, 1988, 60(14):1351-1354.
[8] Vijay R, Macklin C, Slichter D H, et al. Quantum Feedback Control of a Superconducting Qubit: Persistent RabiOscillations[J]. Physics, 2012.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第8期第58页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
