光同調態量子資訊處理中雜訊量子通道的量子避錯

Quantum Error Correction for Noisy Quantum Channels in Optical Coherent State Quantum Information Processing

楊閔傑(Min-Chieh Yang)

指導教授 ： 吳欣澤

國立中正大學/理學院/物理學系/碩士(2013年)

摘要

我們探討將量子位元定義在單模光學同調態(single-mode optical coherent
states) 上做為量子傳態的通道(quantum teleportation channels), 來研究量子
通道經歷耗散作用的演化性質, 並對其執行不同程度與類型的量子避錯編碼(quantum
error correction) 的效益比較。在傳輸或儲存過程中由於系統與環境交互作
用造成系統光子的損耗, 同調態量子位元呈現機率性的相位翻轉錯誤以及平均光
子數隨時改變。過去的文獻主要探討同調態量子位元在馬可夫近似下的系統−環
境耦合, 導致量子位元去同調並使用量子避錯編碼去抑低相位翻轉錯誤發生機率。
我們的工作是根據張為民教授等合作者提出用於描述非馬可夫系統−環境交互作
用的開放系統主方程, 計算勞倫茲耦合譜交互作用形式下同調態的演化。將糾纏同
調態量子位元去同調與去糾纏的分析推廣到具有記憶效應的非馬可夫演化。我們
也分析了簇型糾纏同調態(cluster-type entangled coherent state) 在非馬可夫
耗散作用下的演化動力學且計算對其執行相位翻轉編碼的密度矩陣並得到在光子
耗散作用下較位元翻轉編碼(bit-flip codes) 為佳的避錯效益。

關鍵字

雜訊量子通道 ； 光同調態 ； 量子避錯

並列摘要

Starting from the derived exact master equation from Zhang, et al. , we
study the photon-loss dissipation of optical coherent-state qubits coupled to
a reservoir at zero temperature. We consider an environment of Lorentzian
coupling spectrum and apply the results of single qubit from solving the
master equation to a pair of spatially separated entangled qubits subject to
local environment noises. We demonstrate that the entanglement dynamics
of the system can be switched between Markovian and non-Markovian limits
by controlling the coupling bandwidth to the environment and their coupling
efficiency can be manipulated by tuning the coupling detuning. Entanglement
sudden death may take place with qubits of larger amplitude(|alpha | > 0.6).
Besides, through concurrence, fidelity and von Neumann entropy, we numerically
verified that a more efficient error correction efficiency can be achieved
by employing phase-flip scheme on the system proposed by Munhoz, et al.
which subject to a photon-loss channel.

並列關鍵字

Noisy Quantum Channels ； Optical Coherent State ； Quantum Error Correction

參考文獻

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