量子克隆技术的深入剖析
1. 通用克隆的基础概念
通用克隆可将相位协变克隆的定义扩展到有限维度 (d) 的高维系统。通过优化 “赤道” 态上的克隆变换,“赤道” 态的表达式为:
[|ψ({\varphi_j}) = \frac{1}{\sqrt{d}}(|0\rangle + e^{i\varphi_1}|1\rangle + e^{i\varphi_2}|2\rangle + \cdots + e^{i\varphi_{d - 1}}|d - 1\rangle)]
其中 (\varphi_j) 是区间 ([0, 2\pi)) 内的独立相位。对于 1 → 2 的情况,最优保真度为:
[F_{opt}^{d,pcc} = \frac{1}{d + 1}\frac{4d}{d - 2 + \sqrt{d^2 + 4d - 4}}]
在一般的 N → M 情况下,当输出副本数量 (M = kd + N)((k) 为正整数)时,最优保真度的显式形式为:
[F_{opt}^{d,pcc} = \frac{1}{d} + \frac{1}{Md^{N + 1}}\sum_{
{n_j}}\sum_{i\neq j}\frac{N!}{n_0! \cdots n_i! \cdots n_j! \cdots}\sqrt{\frac{(n_i + k + 1)(n_j + k + 1)}{(n_i + 1)(n_j + 1)}}]
其中 (n_j) 代表 (d) 个指标,需满足约束条件 (\sum_{j = 0}^{d - 1}n_j = N - 1)。这些克隆变换的有趣之处在于,它们可以 “经济地” 实现,无需除 (M) 个输出副本之外的辅助系统。
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