冰云由微小的冰晶粒子组成，一般出现在6 km以上的高空，冰晶粒子和光量子信号相互作用会对量子卫星通信链路造成严重影响。为了研究冰晶粒子对量子卫星通信性能的影响，首先，根据冰云光散射模型和米散射理论，定义了冰云内冰晶粒子的平均消光系数，并建立了链路衰减系数、冰云冰水含量（IWC）和量子信号在冰云内传输距离的关系；然后，针对振幅阻尼信道，建立了信道容量、信道平均保真度、信道生存函数、信道误码率和冰云IWC以及量子信号在冰云内传输距离的关系。理论分析和仿真实验结果表明，当量子信号在冰云内的传输距离为20 km时，随着冰云IWC的增加，链路衰减因子从4.6 dB增加到14.7 dB，量子信道容量由0.250 bit/s减小到0.089 bit/s，信道平均保真度也急剧降低，生存函数值由1.00减少到0.58，量子信道误码率从0.015增大到0.075。这表明冰云内的冰晶粒子对量子卫星的通信质量有明显影响，为了提高量子卫星通信系统的可靠性，需根据冰云的相关参数，自适应调整量子卫星通信系统的参数。

针对开放量子系统中外部环境对系统本身造成影响而出现的退相干现象,利用量子博弈 相关理论,通过EWL量子化方案,建立了振幅阻尼信道条件下的量子囚徒困境博弈模型。在无记忆与完全记忆两种情形下,求出了 模型的收益与纳什均衡解,分析了噪音强度对纳什均衡解的影响。结果表明在无记忆条件下,当噪音强度小于阈值0.5961时,噪音 对纳什均衡没有影响;而在完全记忆条件下,阈值增大到0.9654。这说明振幅阻尼信道在完全记忆比无记忆条件下的纳什均衡解更 趋于稳定,更不易受外界环境的影响,为开放量子系统下提出解决囚徒困境的可行性方案提供了一定的决策参考依据。

为了研究煤烟凝聚粒子对量子卫星通信性能的影响,根据煤烟凝聚粒子等效模型对粒子消光特性进行分析,结合粒子质量浓度转换公式建立传输距离、粒子数浓度与链路衰减、振幅阻尼信道容量、纠缠保真度和信道误码率之间的关系并进行仿真。仿真结果表明,当传输距离为2 km时,煤烟凝聚粒子数浓度从2.22×10 12 m -3增加到1.11×10 13 m -3,链路衰减从0.40 dB增加到2.47 dB,振幅阻尼信道容量和纠缠保真度均有不同程度的下降,信道误码率从0.0056增加到0.0067。由此可见,煤烟凝聚粒子对量子卫星通信的性能有显著影响。因此,为了在实际信息传输过程中提高系统可靠性,应对量子通信系统的各项参数进行适当的调整,以适应煤烟环境对量子卫星通信产生的不同程度的影响。

研究了振幅阻尼通道中两个三能级原子系统的可提纯性演化现象。结果表明,自由纠缠态保持时间比束缚纠缠态的更长,与以前的研究结果相比存在较大差异。自由纠缠态直接演化至可分离态,所提模型中未出现可提纯性猝死现象。

本文提出了一种利用弱测量进行纠缠预补偿的方法。首先分析了十粒子Cluster态的受控双向量子隐形传态的传输过程, 通过理论推导给出了不同测量基下相应的幺正变换, 成功得到对方待传的未知量子态。在此基础上重点研究了振幅阻尼噪声对量子隐形传态纠缠保真度的影响, 并根据弱测量和反馈测量对量子传输信道的调控特性, 提出了预补偿的纠缠优化方法。理论分析与性能仿真结果表明, 相比于现有纠缠优化方法, 本方法不需要引入任何辅助粒子和复杂的系统操作就能获得更高的隐形传态保真度, 对克服纠缠退相干带来的隐形传态质量下降具有一定意义。

高维量子系统的纠缠态因其诸多的优点而受到广泛的关注。目前,肖兴等人[Eur.Phys.J.D.(2013)67:204]研究了两个V-型三能级原子系统的演化动力学,得到了弱测量方案能保护系统自由纠缠的结论。本文研究了在振幅阻尼噪声中两个全同三能级原子系统束缚纠缠的演化动力学。在振幅阻尼通道中,前置弱测量和后置弱测量反转操作,实现了对系统束缚纠缠的保护。束缚纠缠保持的时间受量子态参数和弱测量强度的影响。相应的物理原因也得到了合理的解释。对于两个非全同三能级原子的情况,此结论依旧成立。另外,弱测量方案并不是对所有类型的束缚纠缠态都适用,有一定的局限性。

振幅阻尼噪声存在于大量具有能量损失的真实量子比特系统中。利用两原子和单模腔共振相互作用的普遍模型，推导出振幅阻尼信道下两量子比特系统的联合Kraus算子 表示。这为解决与量子信息处理相关的具体过程提供了有效方法，例如两量子比特纠缠分发和量子纠错。由于其普适性和计算的简便性，该方法还有助于解决很多实际的 物理问题。