1、二十世紀信息科學在改善人類的生活質量以及推動社會的文明發(fā)展中發(fā)揮著無可比擬的作用。人類對于信息的需求日益增加使得人們不斷地致力于信息技術的進一步發(fā)展，然而現有的信息系統(tǒng)其功能已被開發(fā)至接近極限程度。二十世紀初發(fā)展起來的量子力學在推動人類社會的發(fā)展中已經發(fā)揮了巨大的作用。在量子力學新的應用領域中，首當其沖的是信息科學。量子效應在信息領域中有著獨特的功能，于是一門新興學科——量子信息學便應運而生。 量子通信是量子信息學中研究較早的領

2、域。廣義上講，它包括量子密碼術、量子隱形傳態(tài)、密集編碼、遠程量子通信以及量子通信復雜度等。近年來在理論和實踐上均已取得了重要的突破，引起各國政府，科技界和信息產業(yè)界的高度重視。遠程量子通信是要在相距較遠的通信方之間建立量子信道，實現量子通信。實現遠程量子通信的瓶頸在于通信出錯率隨著通信方之間信道的長度增加而做指數級的增長。遠程量子通信作為量子信息學面向實用化的一個重要分支，在量子信息學的研究中占據了重要的位置。 本論文重點研究了

3、遠程量子通信的實現方法與物理體系，主要研究成果包括以下幾個方面： 1.利用原子系綜實現遠程邏輯操作 我們以原子系綜為基本物理體系，通過選取合適的原子能級，提出了制備具有“偏振”性質的糾纏態(tài)的方案。該方案無需對每個原子進行單獨尋址，因此與單個粒子比較，對原子系綜的激光操控，更容易在實驗上實現。更為重要的是，與單個粒子和光場相互作用的情況相比，利用原子系綜使信噪比有大幅提高，而且原子內能級能夠較長時間地存儲量子態(tài)。在制備糾纏

4、態(tài)的基礎上，我們進一步提出了利用糾纏與線性光學器件實現遠程邏輯操作的方案。方案中使用偏振分束器與后選擇測量使得受控非門的實現更為簡單。 2.利用原子系綜實現多體糾纏的制備與純化 我們提出了一個利用原子系綜實現多體糾纏的制備方案以及三體糾纏態(tài)純化方案。與以往基于Folk表象的糾纏態(tài)不同，我們選用五能級原子，制備出的糾纏態(tài)具有偏振性，并且可以直接轉換為光子之間的糾纏態(tài)，可以方便的應用于量子通信中。針對三體糾纏態(tài)設計的糾纏純化

5、方案只涉及偏振分束器、偏振片以及光子探測器，無需兩比特邏輯操作，相對于利用受控非門的純化方案，其實驗的實現難度大大降低了。我們在三體GHZ糾纏態(tài)制備與純化的基礎上，提出了一個重要的應用前景，可利用此糾纏態(tài)實現在一方控制之下，另外雙方之間安全直接的量子通信。 3.利用時間編碼實現遠程量子通信 利用量子編碼來糾正量子錯誤也是實現遠程量子通信的一種途徑。我們提出一種利用時間編碼與偏振控制的方法來克服遠距離信道對量子態(tài)消偏振的影