5、量子信息中的相干态：实验操作示例

量子信息中的相干态：实验操作示例

1. 信息的量子态

量子信息处理旨在将量子力学特性应用于信息处理的各个方面，如数据通信和计算。在这个过程中，量子态充当信息载体，通信则通过一系列构成信道的量子操作来实现。发送者将信道准备成属于字母表 $A = {ρ_0, ρ_1, …, ρ_M}$ 的明确定义的量子态 $ρ$ 来编码信息，接收者在信号传播后对传输信道进行测量，以确定发送者传输的是哪个状态。

量子信息理论主要基于叠加基和纠缠测量，这需要在实验室中进行高保真度的实现。然而，量子测量具有“侵入性”，对已测量系统的进一步观察很难实现细化。量子信息通信实施中的一些困难源于类似薛定谔猫态的叠加态的脆弱性，即使传输正交码字，退相干、能量耗散和其他缺陷也会破坏正交性。

如果发送者字母表中的状态不是正交的，那么在没有一定歧义的情况下，任何测量都无法区分重叠的量子态，这就导致接收者可能会误解传输的码字。不过，这种无法区分非正交量子态的特性在量子密钥分配中具有优势，因为非正交性可以防止窃听者在不干扰状态的情况下获取信息。此外，在某些情况下，非正交字母表实际上可以最大化噪声信道的经典信息容量。

从数学角度来看，区分非正交状态的问题可以通过在所有正算子值测度（POVM）上优化状态确定测量来解决，但任意POVM并不容易操作。最近的研究表明，实时量子反馈可以代替“薛定谔猫态”类型的量子叠加，来实现区分光相干态的最优量子测量。

2. 量子信息中的光相干态

激光产生的光场为携带信息提供了一个方便的量子系统。由于光相干态 $|\alpha\rangle$ 不是正交的，人们通常会尝试通过使用大振幅状态来最小化重叠 $\langle\alpha’|\alp