7、量子信息处理与计算：原理、模型与操作

量子信息处理与计算：原理、模型与操作

1. 量子通信基础

1.1 量子隐形传态

量子隐形传态中存在两个重要原理：信息传播速度不能超过光速（无信号超光速原理）以及不可克隆定理（无法完美复制未知量子态）。在量子隐形传态过程中，这两个原理并未被违反。

当爱丽丝和鲍勃处于相近位置时，隐形传态协议可大大简化。假设爱丽丝持有未知量子态 (|\psi\rangle = \alpha |0\rangle + \beta |1\rangle)，鲍勃持有处于 (|0\rangle) 态的第二个量子比特。具体操作步骤如下：
1. 应用 (cx) 门：(|\psi\rangle_A |0\rangle_B \xrightarrow{cx} \alpha |00\rangle_{AB} + \beta |11\rangle_{AB})。
2. 爱丽丝对其量子比特应用哈达玛操作：总状态变为 (\alpha |+, 0\rangle + \beta |-, 1\rangle = |0\rangle_A (\alpha |0\rangle + \beta |1\rangle)_B + |1\rangle_A (\alpha |0\rangle - \beta |1\rangle)_B)。
3. 爱丽丝在计算基下测量其量子比特，鲍勃的量子比特将处于 (\alpha |0\rangle \pm \beta |1\rangle) 态，符号由测量结果 (m = 0, 1) 决定。
4. 鲍勃根据测量结果应用修正 (Z) 操作 (Z_m) 以恢复原始状态。

这种情况下，使用的量子比特更少（两个而非三个），爱丽丝只需向鲍勃传达一个经典比特。