在给定错误率下，减小量子态分辨中平均消耗的拷贝数，称为最小消耗量子态分辨。最小消耗量子态分辨可以把节省的资源用于后续量子任务，在量子密码等量子任务中具有重要的应用价值。研究了两比特量子态的最小消耗量子态分辨。理论结果表明，即使两比特量子态只有经典关联，没有量子纠缠，纠缠测量仍能远超对两个比特分别进行局域测量的效果。实验结果证实，当错误率要求足够小时，纠缠测量实验装置消耗的拷贝数仅为局域测量的1/12，就可满足错误率要求。该研究结果突出了纠缠测量在最小消耗量子态分辨中的作用，显示了量子测量中纠缠的重要意义。

作为经典随机行走在量子世界的对应，量子行走在量子相干性和纠缠的作用下，能够以更快的速度使行走者遍历所有位置，可以应用于实现各类算法，加速解决各类问题。此外，作为描述微观粒子动力学演化的有效模型，量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化，实现量子态制备、量子逻辑门操作和量子测量等，进而实现信息处理中所有关键步骤。近年来，量子行走中的新机理和新应用的研究成为了人们普遍关注的焦点。首先介绍量子行走基本模型，再结合近年来本课题组在量子行走方向上取得的相关研究成果，介绍量子行走在实现量子通信、量子计算和量子测量方面的研究进展。

机械测试理论与技术是获取机械物理信息的主要途径，是推动工业生产和制造技术进步的“倍增器”。随着我国从“资本密集型、劳动密集型”产业逐步向“知识密集型”产业升级，以集成电路、航空航天、高速轨道交通、新能源汽车为代表的战略性新兴产业与高技术制造业正成为未来十年我国制造业升级的重点领域。如何完整而精确地获取高性能装备运行过程中的服役状态以及如何实时而全面地获取产品制造过程中的形性参数，是保证制造装备与制造过程实现“高性能”、“高效率”的关键所在。开展了科学基金资助情况统计和文献分析，从精密测量、纳米测量与量子测量3个维度综合分析了本领域的代表性进展、研究热点与发展趋势，总结了面向高性能制造的机械测试重要理论、核心方法与关键技术进展，探讨了所面临的关键挑战，凝练了未来5~10年的重大科学问题。

具有不可预测性的随机数是保证保密通信的关键因素。通过输入单比特量子态，基于量子行走的演化，制备了多路径相干叠加态，并通过一次量子测量，得到了多比特随机数。详细计算了输入状态、精确调控的演化过程以及演化步数对多比特量子纯态随机性的影响。对于目前的单光子探测技术，量子行走为随机数产生率的提升提供了很好的平台。

本文介绍了我们通过利用两路微波共同作用下来进行NV色心的量子调控, 实验结果出现“烧孔”现象并降低线宽, 与此同时得到直流磁噪声灵敏度。在连续波实验条件下, 两路微波都调谐到NV色心系综基态3A2之间的共振频率, 一路泵浦微波(Pump)设定为给定的频率(ms=0ms=±1), 一路探测微波(Probe)设定为扫频。在本次实验中我们关注的是两个微波场在NV基态之间跃迁相同的情况(ms=0ms=+1)。在这种方法下, 观察到的光谱表现出一个复杂的窄线宽结构, 当探测微波功率一定时, 泵浦微波功率越低, 线宽越窄。当泵浦微波功率不变, 改变微波频率时, 烧孔一直出现在改变的微波频率处, 最后我们对信号进行了调制解调, 由于NV色心系综磁检测的灵敏度与解调曲线的最大斜率成反比, 发现相干布局现象的调制斜率提高了20%, 进一步提高了直流散粒噪声灵敏度。

针对被分开在异地的两个纠缠量子比特,本文研究了如何远距离区分纠缠量子比特的四个贝尔态。在区分过程中,利用量子芝诺效应和无相互作用测量,我们可以使任何实际物质粒子出现在两个量子比特之间的公开区域的概率无限趋于零。本文的研究基础是近期被提出的反事实贝尔态分析法［Scientific Reports 8(1),14641,2018］。然而,我们发现该方案中的一个重要步骤是不正确的。在本文中,我们对此错误进行了修正。同时,通过使用多重相位操作替代原方案中的多重量子测量,我们还提升了贝尔态分析的成功率。需要指出的是,在反事实贝尔态分析法中,在有限资源的条件下,物质粒子在公开区域中被找到的概率绝对为零,但贝尔态分析的成功率只能无限趋近于1。而在我们的方案中,贝尔态分析的成功率必然为1,而物质粒子在公开区域中被找到的概率不为零,但可以无限趋于零。由于并不能完全杜绝物质粒子出现在公开区域,我们称本方案为准反事实贝尔态分析。两种方案针对不同情况具有不同的优势。

零知识证明是构建密码协议的基础工具之一,在信息安全领域有着广泛应用。 经典的零知识证明方案基于数学上的计算复杂性理论,随着计算能力的不断提高,特别是量子计算机等的出现,其安全性受到严重威胁。 基于量子隐形传态原理提出了一个零知识证明协议。该协议利用量子物理特性实现零知识证明,具有无条件安全性,并可抵抗各种可能的量子攻击。

研究了弱测量和量子测量反转操作对一维XX自旋链中输入态12(|01〉+|10〉)传递的影响。研究表明,通过合理地控制两种操作强度,弱测量操作与量子测量反转操作结合方案可以概率性地抑制自旋链的退相干作用,从而提高纠缠转移量及保真度。进一步的研究表明,量子测量反转操作促进输入态的传递,而弱测量操作阻碍输入态的传递并且操作强度越大阻碍作用越明显,这一点与前人研究中弱测量操作表现出来的积极作用截然相反。另外,在热力学极限下,量子测量反转操作仍然可以促进量子态的传递,并且对不同的操作强度相应的纠缠转移量及保真度最大值随格点m的分布曲线相互独立。

基于EPR纠缠光子对的相干特性,设计了一个量子身份认证协议。该协议具有零知识性。 由于基于量子物理特性,不但满足传统的身份认证的基本性质,还具有无条件安全性,并可以抵抗各种可能的量子攻击。

提出了一种利用四粒子Ω 纠缠态作为量子信道,实现单量子比特、双量子比特以及受限三量子比特的双向隐形传态方案。 当纠缠的粒子个数大于3时,会呈现出与一般两粒子纠缠时不同的特殊性质。这种由多个粒子纠缠在 一起的纠缠态,被称为团簇态。选用四粒子Ω 纠缠态作为量子信道。距离很远的通信双方事先共享制备好的两对四粒子Ω 纠缠态。通信开始时,通信双方把各自待传的粒子放到量子信道上,形成系统的初态。通信开始后, 只要通信双方选择合适的正交完备基分别对自己拥有的部分粒子做量子投影测量,把测量结果通过经 典信道传送给对方,双方根据对方的测量结果,选择相应的幺正变换可以得到对方待传的未知的量子态。