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2023/12/21东南大学电子科学与工程学院量子纠缠简介主讲人：制作人：1

2023/12/21东南大学电子科学与工程学院主要内容1.量子纠缠理论的发展过程2.量子纠缠的含义3.量子纠缠态的应用4.总结与思考2

2023/12/21东南大学电子科学与工程学院一、量子纠缠的发展历程?3

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?1982年Aspect用实验验证Bell不等式的不正确性，从而推翻了决定论的局域隐变量理论。?1997年年底奥地利研究小组首先在实验上演示成功了量子隐形传态。?如今，量子纠缠的不仅仅用于检验基本理论的完备性，而且随着量子信息科学的开展，量子纠缠态被用于量子密钥分配、量子隐形传态、量子计算等领域。4

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二、量子纠缠的含义定义：量子纠缠是一种量子力学现象，它是描述复合系统（具有两个以上的成员系统）这一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积。理解：量子纠缠是存在于多子系量子系统中，对其中一个子系统的测量结果无法独立于对其他子系统的测量参数，这些参数有内在的联系。5

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相关实验1982年，法国物理学家AlainAspect证实了微观粒子之间存在着“量子纠缠”的关系。在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系：不管它们被分开多远，对一个粒子扰动，另一个粒子（不管相距多远）立即就知道了，仿佛两个粒子拥有超光速的秘密通信一般，似与狭义相对论中所谓的局域性相违背，爱因斯坦斥之为“鬼魅的远距作用”。6

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事实上，量子纠缠并非信息传递，而且信息也不可能从一个粒子传到另一个粒子。即使用光速将它们分开，信息也不可能在你测量时从一个地方传到另一个地方。在两个（多个）量子级别的粒子的系统中，当其中一颗被操作而状态发生变化，另一颗也会即刻发生相应的状态变化，无论距离有多远。我们称之为量子纠缠子系统的非定域非经典的关联。7

2023/12/21东南大学电子科学与工程学院三、量子纠缠的应用量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题，在量子计算和量子通讯等研究中起着重要的作用。1.量子通信—量子隐态传输2.量子计算—量子计算机3.量子保密通讯—量子密码术8

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量子纠缠态的制备目前，主要通过激光泵浦非线性光学晶体的自发参量下转换(SPDC)过程来制备光量子纠缠态。泵浦光的光子能在适当条件下在某些非线性晶体中同时产生一对下转换光子。这个过程遵循能量守恒和动量守恒，从而产生时间、空间、频率上纠缠的双光子态。图2参量下转换产生纠缠光子对9

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1.量子通信—量子隐态传输基本思想：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道（电话等）和量子通道传送给接收者。最终将原物信息—某个粒子的未知量子态传到接收方，在这个过程中传送的是原物的量子态而非原物本身，故称隐态传输。图3量子隐态传输的示意图10

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1.1997年年底包括潘建伟在内的奥地利研究小组首先在实验上演示成功这种量子隐态传输。量子通信发展中的中国贡献2.中科大潘建伟研究小组首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换，实现了“量子中继器”，向量子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。图4首次实现隐态传输的科研小组11

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3.2007年开始，中国科技大学和清华大学的自由空间量子通信实验将通信距离从数百米记录一步跨越到16公里，成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输，证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性。4.2012.08.09，中国科技大学的研究人员再次创造了新纪录，将通信距离扩大到了97公里。图5中科大潘建伟教授图6量子通信网络示意图12

2023/12/21东南大学电子科学与工程学院量子计算机是以量子力学为基础，运用量子信息学，构建一个完全以量子位为基础的计算机芯片。2.量子计算—量子计算机表一传统计算机与量子计算机的比较13

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量子计算机的优点：①数据处理同时完成，极大地提高了计算机的运行速度②微型化，高度集成化，体积大大缩小，有效地减少了计算机的功耗量子计算机发展存在的困难：①多自由度系统环境中小系统的量子耗散②量子