通过理论计算与量子计算模拟机模拟两种方法研究了波-粒量子行走的演化过程与性质。通过量子控制操作使量子行走中的行走者处于相对相位的波-粒相干叠加态。利用后选择操作实现了量子行走以相干和混合两种不同方式，从多路径相干的波的状态到无相干的粒子的状态的连续调控。由于量子的干涉性，相干和混合两种方式存在本质的区别，通过位置方差对两种方式的具体特征进行刻画。最后通过量子计算模拟机模拟了波-粒量子行走的演化过程。当行走者处于波-粒相干态时，通过一次测量能够同时观测到两个完全不同的性质。通过调节波-粒相干态的相对相位，可以实现对行走者扩散速率的控制。

量子纠缠态是量子计算与量子通信的重要资源。量子行走中的条件行走操作是非局域算符, 导致行走者和硬币之间产生纠缠关联。对于演化操作随时间不变的有序量子行走模型, 纠缠关联与系统演化操作、初态以及演化时间都有关。分别计算了这些因素对纠缠熵的影响。计算结果表明当选择合适的演化操作和初态时, 经过较少步数就能得到最大纠缠态。所提出理论方案通过在空间不同位置添加相位因子, 为实验制备高维纠缠态调控提供了更加易于实现的方法。

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。

脉冲激光烧蚀青铜过程中, 青铜吸收激光能量形成等离子体, 等离子体会膨胀离开材料表面。依据等离子体膨胀物理过程, 采用泊松分布, 建立等离子体膨胀空间浓度分布方程、膨胀压力方程与动力学模型。应用模型数值分析了脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体膨胀特性, 得到等离子体膨胀尺度值在X、Y与Z方向约为4.2×10-4 m, 3.8×10-4 m, 1.00×10-3 m; 计算了等离子体的最大浓度约为1.229 4×1022 m-3; 激光透射率约为100%, 等离子体屏蔽效应低。开展脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮实验, 采用光栅光谱仪测量了等离子体空间发射光谱, 计算了等离子体电子温度的值约为：675 3 K、等离子体电子密度值范围约为：1.159 3×1016 cm-3~1.925 1×1016 cm-3。实验表明相关条件下, 脉冲激光烧蚀青铜等离子体浓度低, 同时数值仿真值在实验测量范围内, 验证等离子体膨胀模型的正确性和可行性, 为后续等离子体研究提供理论指导和优化。

主要探讨了非周期性量子行走中波函数的扩散性质。计算结果表明,通过在不同位置使用不同的幺正演化操作,能够精确调控多路径相干叠加态。不同的演化操作导致相干相长或者相干相消现象,从而对扩散性质产生影响。通过调节系统的演化参数,可改变行走者的扩散速率。量子行走扩散速率的研究有助于发展基于量子行走的新算法。

研究了随相位位置变化的量子行走的性质,以及硬币和行走者之间的纠缠度。行走者回到原点的概率以及位置方差随演化时间呈准周期性变化,这种量子行走即为准周期演化量子行走。通过纠缠熵度量硬币和行走者之间的纠缠关联。数值计算表明纠缠熵与系统初态、演化步数以及相位因子有关。选择合适的硬币操作,纠缠熵随着演化步数呈现准周期性变化。对于给定的初态,选择适当的相位因子和演化步数,可使硬币与行走者处于最大纠缠态。

非对称量子行走是非对称经典随机行走在量子世界的对应,非对称性通过硬币操作和条件 行走体现。通过计算非对称量子行走的位置概率分布、回到原点的几率和位置平均值来表征其基 本性质。数值计算结果表明,一维链上的非对称量子行走是否具有可回复性与硬币初始状态的选择 及演化后分布是否对称无关,仅与非对称操作有关;一维经典随机行走只有分布对称时才具有可回 复性,这是量子行走区别于经典随机行走的显著特征之一。

研究了存在相位缺陷的二维量子行走的性质。研究结果表明, 二维量子行走的性质取决于具体的硬币操作、硬币初始态以及不同类型的相位缺陷。由于标准量子行走的对称性被破坏, 因此可观察到局域性。利用局域性对初态的依赖, 可以实现对量子行走粒子的过滤和囚禁。

我们设计了一个实现纠缠辅助下计算特定布尔函数的三方通信复杂度问题的量子线路,该问题中输入变量分布在通信三方。计算分析表明如果通信三方没有分享纠缠态,需要四比特经典通信才能完成计算任务。有纠缠辅助下,仅通过三比特经典通信能够以一定概率完成任务,成功概率与纠缠态的具体形式有关,当选择合适的纠缠态时,成功概率最高可达100％。