第 24 课 · 不可克隆与量子密钥分发——量子信息的守护者与物理定律背书的保密通信 · 模块四:应用与前沿专题

克隆问题的定义:测量不是复印机

  • 命题框:克隆装置 $C$ 须满足 $C(|\psi\rangle \otimes |0\rangle) = |\psi\rangle \otimes |\psi\rangle$(空白 + 原件 → 两份拷贝),且对任意未知态 $|\psi\rangle$ 都成立——定义的核心在"任意"
  • 推导/演算步骤("先测后制"方案对具体态失效,态取自教材练习):
    1. 取 $|\psi\rangle = (|0\rangle + i|1\rangle)/\sqrt{2}$
    2. 在计算基 Z 下测量:P(得 0) $= |1/\sqrt{2}|^2 = 1/2$;P(得 1) $= |i/\sqrt{2}|^2 = 1/2$
    3. 按测量结果制备两份:输出 $|00\rangle$(概率 1/2)或 $|11\rangle$(概率 1/2)
    4. 相对相位 $i$ 在第一次测量即丢失;单份保真度 $F = |\langle\psi|0\rangle|^2 = 1/2$
  • 结果框:先测后制的"复印件"保真度只有 $1/2$——要复制的恰是单次测量读不出的信息(相位与相干结构),经典复读思路堵死,问题逼向纯量子操作
类型definition-derivation