目录
- 1 什么是量子克隆
- 2 量子克隆机的类型
- ▪ 通用量子克隆
- ▪ 非对称量子克隆
- ▪ 概率量子克隆
- 3 近似量子克隆的应用
- ▪ 离散量子系统中的克隆
- ▪ 量子克隆攻击
- ▪ 核磁共振
- ▪ 受激发射
- ▪ 远程克隆
什么是量子克隆
量子克隆是一个过程，它需要一个任意的，未知的量子状态并进行精确的复制，而不会以任何方式改变原始状态。如无克隆定理所示，量子力学定律禁止进行量子克隆，该定理指出没有克隆任何任意状态的操作。
尽管不可能进行完美的量子克隆，但有可能执行不完美的克隆，因为这些拷贝具有非单位保真度。Buzek和Hillery首先讨论了近似量子计算的可能性，并从克隆的量子态的保真度推导了理论界限。
量子克隆的应用之一是分析量子密钥分发协议的安全性。隐形传态、核磁共振、量子放大和卓越的相位共轭是用于实现量子克隆机的某些方法的示例。离子捕获技术已应用于克隆离子的量子态。
量子克隆机的类型
在闭合的类似时间的曲线的存在下，有可能将量子态克隆到任意精度。
通用量子克隆
通用量子克隆（UQC）意味着输出（克隆状态）的质量不依赖于输入，因此该过程对于任何输入状态都是“通用的”。产生的输出状态由系统的哈密顿量控制。
Buzek和Hillery在1996年提出了xxx批克隆机，即1到2UQC机。顾名思义，当仅比较一个输出qubit时，机器会产生5/6保真度的单个输入qubit的两个相同副本，而在比较两个qubits时会产生2/3的全局保真度。这个想法扩展到更一般的情况，例如任意数量的输入和副本，以及d维系统。
通过使用光子激发发射进行了多种实验，以物理实现这种克隆机。该概念依赖于某些三能级原子的特性以同等的可能性发射任何极化的光子。这种对称性确保了机器的通用性。
非对称量子克隆
Nicholas Cerf在1998年提出了xxx类非对称量子克隆机。如果克隆的克隆具有不同的质量并且都与输入状态无关，则称其克隆操作是非对称的。这是上面讨论的对称克隆操作的更一般情况，该对称克隆操作产生具有相同保真度的相同克隆。以简单的1→2不对称克隆机为例。克隆过程中存在一个自然的折衷，即如果一个克隆的保真度固定为更高的值，则另一个克隆的质量必须降低，反之亦然。
概率量子克隆
1998年，Duan和Guo提出了另一种依赖概率的量子克隆机方法。这台机器可以完美复制量子态，而不会违反无克隆定理和无广播定理，但代价是无法100％再现。克隆机之所以被称为“概率性”，是因为它除了进行整体进化外还执行测量。然后对这些测量进行排序，以获得具有一定量子效率的完美副本。
该过程在数学上得到了证明，可以使用unit归约过程克隆两个纯的，非正交的输入状态。该机器的一种实现是通过使用“无噪声光学放大器”实现的，成功率约为5％。
近似量子克隆的应用
离散量子系统中的克隆
近似量子克隆的简单基础存在于xxx和第二个琐碎的克隆策略中。在xxx个琐碎的克隆中，在一定基础上随机地对一个量子位进行测量，并产生两个拷贝的量子位。此方法的通用保真度为2/3。
第二种平凡的克隆策略，也称为“平凡的扩增”，是一种方法，其中原始量子位保持不变，而另一个量子位以不同的正交状态制备。当测量时，两个量子位具有相同的概率1/2（检查），整体单拷贝保真度为3/4。
量子克隆攻击
量子信息由于其固有的加密特性，因此在密码学领域很有用。一种这样的机制是量子密钥分配。在此过程中，鲍勃接收了爱丽丝（Alice）发送的量子状态，其中存储了某种类型的经典信息。然后，他执行随机测量，并使用爱丽丝提供的最少信息，可以确定他的测量是否“良好”。然后将此度量转换为密钥，可以在其中存储和发送私有数据，而不必担心信息被盗。
这种加密方法如此安全的原因之一是，由于无克隆定理，它不可能被窃听。第三方Eve可以使用非相干攻击来尝试观察从Bob传输到Alice的信息。由于无克隆定理，夏娃无法获得任何信息。但是，通过量子克隆，这不再完全正确。
不连贯的攻击涉及第三方将一些信息获取到Bob和Alice之间传输的信息中。
这些攻击遵循两个准则：
1）第三方夏娃必须单独行动并与所观察到的状态匹配
2）夏娃对行进状态的测量发生在筛选阶段之后（处于不匹配碱基的移除状态），但在和解之前（将爱丽丝和鲍勃的弦放回）。由于量子密钥分发的安全性，即使具有与鲍勃和爱丽丝一样多的信息，夏娃也将无法解密密钥。这些被称为不连贯攻击，因为随机，重复的攻击会产生夏娃找到密钥的xxx机会。
核磁共振
虽然经典的核磁共振是当核暴露在强磁场中时，核以共振频率发射电磁辐射的现象，并且在成像技术中大量使用，量子核磁共振是一种量子信息处理（QIP）。原子核之间的相互作用允许量子逻辑门（例如CNOT）的应用。
一项量子NMR实验涉及将三个量子位通过一个电路，然后将它们全部纠缠在一起。第二个和第三个量子位以5/6的保真度转化为xxx个量子位。
另一个应用允许改变信噪比，该过程既增加了信号频率又降低了噪声频率，从而使信息传输更加清晰。这是通过极化转移完成的，极化转移可以将信号的高极化电自旋的一部分转移到目标核自旋。
NMR系统允许应用量子算法，例如Shor因式分解和Deutsch-Joza算法。
受激发射
受激发射是一种通用的量子克隆机，它在三级系统上起作用：一个地和两个简并通过正交电磁场连接。该系统能够通过激发能级之间的电子来发射光子。由于系统的随机性，光子以不同的偏振态发射，但是发射类型的可能性对于所有人都是相同的，这就是使它成为通用克隆机的原因。过将量子逻辑门集成到受激发射系统中，该系统能够产生克隆态。
远程克隆
远程克隆是量子隐形传态和量子克隆的结合。此过程使用正算值进行测量，xxx纠缠态和量子隐形传态在本地和远程创建相同的副本。单独的量子隐形传态遵循“一对一”或“多对多”方法，其中一个或多个状态从爱丽丝传输到远程位置的鲍勃。Teleclone的工作方式是首先创建状态的局部量子克隆，然后通过量子隐形传态将其发送到远程位置。这项技术的好处在于，它消除了通常由量子信道退相干引起的传输错误。
