测量设备无关的相干性见证设备及方法技术

本申请提供一种测量设备无关的相干性见证设备及方法，所述方法主要是依据提供的未知量子源及信任量子源发送未知量子态以及测试量子态；藉由一开关装置控制每次输出未知量子态以及多种测试量子态中的一个量子态；经测试后输出对应所述未知量子态或测试量子态的第一测试结果或第二测试结果以计算出相干性见证结果。本申请使用可信的测试态对不信任的测量设备进行量子层析，用层析的结果计算出一个未知量子源相干性的下界。

【技术实现步骤摘要】
测量设备无关的相干性见证设备及方法
本申请涉及量子通信
，特别是涉及一种测量设备无关的相干性见证设备及测量设备无关的相干性见证方法。
技术介绍
量子相干性一种重要的量子信息处理资源，可以用于量子随机数生成、量子计算、量子热力学和量子生物学等领域。特别是在量子随机数领域中，量子相干性直接刻画量子随机性，因此如果可以精确求出量子源的状态的密度矩阵，便可以直接计算出量子相干性以及量子随机性。然而一般量子源难以刻画，它的密度矩阵是未知的，这是可以采用相干性见证的方法，计算出未知量子源在某种测量下的平均值，便可得知这个量子源是否具有量子相干性。目前已有的相干性见证方案都是基于自由空间光学系统。相干性见证的现有技术中，需要信任测量装置。否则由于测量设备的不完美，或者测量设备被攻击者操纵。判断结果经常会有偏差，即把一个不具有量子相干性的源误认为具有量子相干性，导致无法完成上述任务或者带来安全性的隐患。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种不需要信任测量装置的测量设备无关的相干性见证设备及方法。为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种测量设备无关的相干性见证设备，包括：未知量子源，信任量子源，开关装置，以及测量装置；其中，所述未知量子源用于每次发送一个未知量子态；所述信任量子源用于每次发送多种测试量子态中的一个测试量子态；所述开关装置用于接收所述未知量子源发送的未知量子态及所述信任量子源发送的测试量子态，并控制每次输出所述未知量子态以及所述多种测试量子态中的一个量子态；以及所述测量装置用于依次接收所述光学开关发送的一个未知量子态或测试量子态，经测试后输出对应所述未知量子态或测试量子态的第一测试结果或第二测试结果，以计算出相干性见证结果。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述未知量子源或所述信任量子源为激光光源。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述未知量子态为独立同分布的量子态。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述未知量子态以及测试量子态为相位编码或者偏振偏码。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述多种测试量子态包括第一、第二、第三、及第四测试量子态的四种测试量子态。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述第一、第二、第三、及第四测试量子态中，每个测试量子态时间区间分为前区间及后区间的两个区间，其中，所述第一测试量子态的前区间具有脉冲；所述第二测试量子态的后区间具有脉冲；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为0；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为π/2。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述开关装置为光学开关装置。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述测量装置包括统计单元以及计算单元；其中所述统计单元用于分别统计依次接收的未知量子态或测试量子态所对应的第一测试结果或第二测试结果的概率分布；以及所述计算单元用于依据所述测试量子态所对应的第一或第二测试结果的概率分布获得未知量子态的第一测试结果或第二测试结果。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述未知量子源及信任量子源分别通过光纤光路向所述开关装置发送未知量子态及测试量子态；所述开关装置通过光纤光路向所述测量装置发送未知量子态及测试量子态。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述测量装置包括干涉仪和时间分辨探测器。本申请的第二方面还提供一种测量设备无关的相干性见证方法，包括以下步骤：提供一未知量子源及一信任量子源；令所述未知量子源每次发送一个未知量子态；以及令所述信任量子源每次发送多种测试量子态中的一个测试量子态；藉由一开关装置控制每次输出所述未知量子态以及所述多种测试量子态中的一个量子态；以及依次接收所述光学开关发送的一个未知量子态或测试量子态，经测试后输出对应所述未知量子态或测试量子态的第一测试结果或第二测试结果，以计算出相干性见证结果。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述未知量子源或所述信任量子源为激光光源。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述未知量子态为独立同分布的量子态。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述未知量子态以及测试量子态为相位编码或者偏振偏码。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述多种测试量子态包括第一、第二、第三、及第四测试量子态的四种测试量子态。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述第一、第二、第三、及第四测试量子态中，每个测试量子态时间区间分为前区间及后区间的两个区间，其中，所述第一测试量子态的前区间具有脉冲；所述第二测试量子态的后区间具有脉冲；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为0；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为π/2。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述开关装置为光学开关装置。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述计算出相干性见证结果的步骤包括：分别统计依次接收的未知量子态或测试量子态所对应的第一测试结果或第二测试结果的概率分布；以及依据所述测试量子态所对应的第一或第二测试结果的概率分布获得未知量子态的第一测试结果或第二测试结果。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述未知量子源及信任量子源分别通过光纤光路向所述开关装置发送未知量子态及测试量子态；所述开关装置通过光纤光路发送未知量子态及测试量子态。如上所述，本申请测量设备无关的相干性见证设备及方法使用可信的测试态对不信任的测量设备进行量子层析，用层析的结果计算出一个未知量子源相干性的下界，本申请提供的方案还可以容忍高的信道损失，并且相对容易实施，并且有着非常广阔的应用前景。附图说明图1显示为本申请的相干性见证设备在一实施例中组合结构示意图。图2显示为本申请的相干性见证设备在另一实施例中组合结构示意图。图3显示为本申请的相干性见证方法在一实施例中步骤流程图。图4显示为本申请的相干性见证方法在另一实施例中步骤流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。另外，虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述量子态，但是这些量子态不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个量子态与另一个量子态进行区分。例如，第一测试量子态可以被称作第二测试量子态，并且类似地，第二测试量子态可以被称作第一测试量子态，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一测试量子态和测试量子态均是在描述一个测试量子态，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个测试量子态。相似的情况还包括第三测试量子态及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，包括：未知量子源，用于每次发送一个未知量子态；信任量子源，用于每次发送多种测试量子态中的一个测试量子态；开关装置，用于接收所述未知量子态及所述测试量子态，并控制每次输出所述未知量子态以及所述多种测试量子态中的一个量子态；以及测量装置，用于依次接收所述光学开关发送的一个未知量子态或测试量子态，经测试后输出对应所述未知量子态或测试量子态的第一测试结果或第二测试结果，以计算出相干性见证结果。

【技术特征摘要】
1.一种测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，包括：未知量子源，用于每次发送一个未知量子态；信任量子源，用于每次发送多种测试量子态中的一个测试量子态；开关装置，用于接收所述未知量子态及所述测试量子态，并控制每次输出所述未知量子态以及所述多种测试量子态中的一个量子态；以及测量装置，用于依次接收所述光学开关发送的一个未知量子态或测试量子态，经测试后输出对应所述未知量子态或测试量子态的第一测试结果或第二测试结果，以计算出相干性见证结果。2.根据权利要求1所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述未知量子源或所述信任量子源为激光光源。3.根据权利要求1所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述未知量子态为独立同分布的量子态。4.根据权利要求1或3所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述未知量子态以及测试量子态为相位编码或者偏振偏码。5.根据权利要求1所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述多种测试量子态包括第一、第二、第三、及第四测试量子态的四种测试量子态。6.根据权利要求5所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述第一、第二、第三、及第四测试量子态中，每个测试量子态时间区间分为前区间及后区间的两个区间，其中，所述第一测试量子态的前区间具有脉冲；所述第二测试量子态的后区间具有脉冲；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为0；所述第三测试量子态的前、后区间均具有脉冲，且所述前、后区间的脉冲相位差为π/2。7.根据权利要求5所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述开关装置为光学开关装置。8.根据权利要求1所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述测量装置包括：统计单元，用于分别统计依次接收的未知量子态或测试量子态所对应的第一测试结果或第二测试结果的概率分布；以及计算单元，用于依据所述测试量子态所对应的第一或第二测试结果的概率分布获得未知量子态的第一测试结果或第二测试结果。9.根据权利要求1所述的测量设备无关的相干性见证设备，其特征在于，所述未知量子源及信任量子源分别通过光纤光路向所述开关装置发送未知量子态及测试量子态；所述开关装置通过光纤光路向所述测量装置发送未知量子态及测试量子态。10.根据权利要求1、8或9所述的测量设备无关的相干性见证设...

【专利技术属性】
技术研发人员：马雄峰，周泓伊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11