量子纠缠(非科普性介绍)

1935年,A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen和E. Schrodinger描述了量子力学中一种幽灵般的特征——在量子力学之复合系统中,存在不能表示为各子系统的直积形式的全局态,并将之称为量子纠缠。量子纠缠体现了多个量子系统间存在非经典的强关联和非定域性。在早期,量子纠缠只是用来将量子理论和经典理论区别开的显著特征,后来人们又意识到量子纠缠可在不同量子系统间可控地产生。近年来,随着量子信息技术的发展,又发现量子纠缠是量子信息与量子计算中的重要资源,且己被广泛应用于量子隐形传态、量子密码和量子通讯等量子信息处理过程中。在这些量子信息处理过程中,作为量子通道的纠缠态大部分都需要处于最大纠缠态或者纠缠度己知旳部分纠缠态,因而对纠缠进行探测及纠缠程度的度量的理论和实验实现研宄就显得非常重要。



(更详细严格的介绍见量子研究网站:http://quantum-study.com/article/1023/20.html)


近年来,人们已对纠缠度量的理论进行了广泛而深入的研究,也提出了许多不同的度量方法,诸如形成纠缠(EOF, Entanglement of formation),部分摘纠缠度(Partial entropy),相对摘纠缠度(Relative entropy),负值度(Negativity),并发度(Concurrence),分布纠缠(Distributed entanglement),几何纠缠度(Geometric measure of entanglement)和tangle等。其中形成纠缠就是一种最具有价值的度量方法,但它一般只对两体系统有效,而并发度纠缠度量可以推广到多体系统。随着量子信息技术的实用化发展,量子纠缠度量的实验研究也引起了该领域科学家的极大兴趣。


量子纠缠(非科普性介绍)


对于量子纠缠程度的度量和测量,常分为两体纠缠系统与多体纠缠系统,及纯态纠缠与混合态纠缠来进行研究。对于两体纯态,基于子系统的冯诺依曼熵的部分摘纠缠度是一个被广泛接受的纠缠度量的方法,而对于一般的两体系统还有形成纠缠度,可蒸馏纠缠度和相对熵纠缠度等。若要对两量子比特系统的纠缠程度的大小进行测量,可先通过量子态的层析重构方法来测量态的密度矩阵,然后根据相应纠缠度量的定义计算其纠缠度。但是,对于一个两比特一般态而言,需要测量此态密度矩阵的15个参数才能实现重构,这就需要对多个不同可观测量的多次测量,并且重构过程相当复杂。另一方面,两比特量子态的形成纠缠度可表示为纠缠并发度的简单函数,人们可以通过设计恰当的量子线路或物理方案,通过对单个可观测量的测量,直接测量任意两比特纯态的并发度,从而得到其形成纠缠度。



一般的多比特量子系统的纠缠度量相当复杂,目前常采取的方法是将多体系统分为两子系统,再利用两体纠缠度量方法去测量多体系统中子系统的分布纠缠。例如针对三量子位的纠缠态,Goffman等人对各量子位间的分布纠缠和剩余纠缠进行了深入研究,给出了多体系统的两子系统间的纠缠并发度和一个子系统与剩余子系统间的纠缠并发度来表示纠缠度分布的量化方法,并对常见的三量子位纠缠态即W态和GHZ态的纠缠并发度的分布进行了计算,并将这一度量方法推广到了更多量子位纠缠纯态的纠缠分布的研宄。Amico等人最近对多体系统纠缠及其测量进行了评述。


更详细严格的介绍见量子研究网站:http://quantum-study.com/article/1023/20.html)


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