一种基于簇态的量子态制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于簇态的量子态制备方法，属于量子领域，本发明专利技术通过所有通讯方以六粒子纠缠类簇态为量子纠缠信道。发送方通过引入附加粒子，执行联合幺正演化的方法对纠缠信息重复演化直到将信道成功演化为目标信道。信道成功演化后，发送方对纠缠粒子执行X基测量或双粒子正交投影测量，并公布测量结果。接收方选择执行相应的幺正操作，就可以完成任意双量子态的远程制备。本发明专利技术方法利用了X基测量，双粒子正价投影测量解决了基于六粒子纠缠类簇态的量子态远程联合制备问题。通过引入附加粒子和对纠缠信道的重复演化，提高远程量子态制备效率。具有需分发纠缠粒子数少，可行性强的优点。

A method for preparing quantum state based on cluster state

The invention provides a method for preparing quantum states based on cluster states, which belongs to the quantum field. The method uses six-particle entangled cluster states as quantum entanglement channels by all communicators. The sender repeats the evolution of entanglement information by introducing additional particles and performing joint unitary evolution until the channel is successfully evolved into the target channel. After the channel evolves successfully, the sender performs X-based measurements or two-particle orthogonal projection measurements on the entangled particles, and publishes the measurements. After receiving the corresponding unitary operation, the receiver can complete the remote preparation of any double quantum state. The method of the invention solves the problem of remote joint preparation of quantum states based on six-particle entangled cluster states by using X-based measurement and two-particle positive projection measurement. By introducing additional particles and the repeated evolution of entangled channels, the efficiency of remote quantum state preparation is improved. It has the advantages of less distribution of entangled particles and strong feasibility.

【技术实现步骤摘要】
一种基于簇态的量子态制备方法
本专利技术涉及量子领域，特别是涉及一种基于簇态的量子态制备方法。
技术介绍
远程量子态制备需基于预先共享最大纠缠态非定域相关性。而多粒子最大纠缠态中GHZ态制备效率不高，此外受仪器设备缺陷以及信道噪声影响，在远程量子态制备纠缠粒子分发时，最大纠缠信道往往演化为非最大纠缠信道。目前有三种方法来消除非最大纠缠信道对远程量子态制备影响。第一种方法是使用纠缠浓缩或纯化技术将非最大纠缠信道转化为最大纠缠信道；第二种是接收方引入附加粒子，通过对附加粒子的测量来概率的完成量子态远程制备；第三种是发送方通过选择合适的测量方法来帮助接收方概率的完成量子态制备。然而量子态制备中纠缠浓缩和纯化技术，需要消耗较多的通信资源；接收方引入附加粒子的方法如果附加粒子状态测量结果不是接收方需要的测量结果，则量子态远程制备失败，量子纠缠信道塌缩，量子态远程制备无法完成。因此建立基于不同多粒子纠缠信道的远程通信方案以及高效的非最大纠缠信道下的远程量子态制备方案是远程量子态制备急需解决的难题。量子态远程制备中发送方已知需制备量子态信息，发送方可以依据已知量子态信息引入附加粒子，执行联合幺正演化，来提高量子态制备效率。在此背景下，利用发送方已知需制备量子态信息提高远程量子态制备效率的方法得到了越来越多的关注。多粒子簇态是一种不同于GHZ态的多粒子纠缠态，与多粒子GHZ态相比，簇态具有更好的抗噪声性以及容易制备的优点。簇态在量子通信中有十分广泛的应用。自从Raussendorf等人提出第一个基于簇态的量子计算模型以来，多粒子纠缠簇态受到国内外研究者的广泛关注，提出了各种基于多粒子簇态的量子通信协议，远程量子态制备也经历了一个从远程制备多粒子簇态到基于多粒子簇态完成量子态制备的过程。另外，从克制非最大纠缠信道影响来看，基于接收方引入附加粒子的远程量子态制备只有一次量子态转化机会。如果量子态转化失败，则远程量子态制备失败。考虑到量子纠缠信道利用率，部分研究者开始关注如何利用发送方已知需制备量子态信息提高量子态制备效率的问题。基于发送方量子纠缠态转化正是为解决这一问题而提出的新型制备技术，其要求量子纠缠信道可重复演化。因此，基于发送方演化的量子态制备具有更高的量子态制备成功率。然而就目前研究而言，大多数远程量子态制备方案都采用接收方对量子态转化的方法，基于发送方演化的远程量子态制备方法鲜有报道。主要原因是没有考虑到远程量子态制备中发送方已知需制备量子态信息的特点，并基于这一特点建立高效的量子态制备方案。本专利技术通过巧妙构造联合幺正演化，结合分布演化策略，提出了一种基于六粒子类簇态的量子态制备方法。该方法在纠缠信道由最大纠缠簇态演化为非最大纠缠类簇态的情况下，通过发送方对纠缠信道重复演化最终将信道演化为目标信道的方法，实现高效的量子态远程制备。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，给出一种基于六粒子类簇态的量子态制备方法。所述方法利用簇态作为量子纠缠信道，通过构造附加粒子、纠缠粒子联合幺正演化操作，结合量子态重复演化策略，从而实现基于类簇态的量子态制备，以节省量子态制备所消耗的经典通讯资源和量子纠缠资源。本专利技术通过以下技术方案解决上述问题：一种基于簇态的量子态制备方法，包括第一发送方、第二发送方和接收方，第一发送方和第二发送方均与接收方连接通信，包括如下步骤，步骤1：第一发送方、第二发送方和接收方共享六粒子纠缠类簇态|φ＞123456；步骤2：第一发送方引入初态为|0>a的附加粒子a；步骤3：第一发送方对粒子1,4,a构造执行联合幺正演化U；步骤4：第一发送方对粒子1,4执行X基测量，测量后剩余粒子2,3,5,6塌缩到与测量结果相应状态；步骤5：第二发送方依据已知信息λ01,λ10,λ11构造正价测量基对粒子2,5执行双粒子正交投影测量；步骤6：接受方依据发送方测量结果，对粒子3,6选择执行相应局域幺正演化Ul'，可以完成量子态制备；步骤7：若步骤3中附加粒子a的Z基测量结果为|1>a，则粒子1,2,3,4,5,6塌缩到状态状|φ1>。所述步骤1中纠缠类簇态|φ＞123456为|φ＞123456＝β00|000000＞+β01|000111>+β10|111000>-β11|111111＞其中|β00|2+|β01|2+|β10|2+|β11|2＝1，为完成量子态的高效制备，第一发送方先将信道演化成目标演化，所有发送方再对粒子执行相应量子测量。所述步骤2中，第一发送方引入一个初态为|0＞a的附加粒子a，并依据已知量子态信息α00，α01，α10，α11和纠缠信道信息β00，β01，β10，β11构造联合幺正演化操作U对纠缠信道进行演化，在正交基{|00＞14|0＞a，|01＞14|0＞a，|10＞14|0＞a，|11＞14|0＞a，|00＞14|1>a，|01>14|1＞a，|10＞14|1＞a，|11>14|1＞a}下，联合幺正演化表示如下其中所述步骤3中联合幺正演化U为执行联合幺正演化后，对附加粒子执行Z基测量，如果测量结果为|0＞a，则将纠缠信道成功演化为目标信道|φ0＞123456＝α00|000000＞+α01|000111＞+α10|111000>-α11|111111>t＝t1dm-1+…+tm,s＝s1dm-1+…+sm。所述步骤4中粒子2,3,5,6塌缩到与测量结果相应状态的过程为其中t1,t2代表粒子1,4的X基测量结果。6.根据权利要求1所述的一种任意高维多粒子态远程联合制备方法，其特征在于：所述步骤5中测量的过程为正交投影测量后，如果测量结果为则剩余粒子3,6塌缩到与测量结果相应状态|ξ>，表示如下其中j＝2j1+j2,λ00＝0。所述步骤6中局域幺正演化过程为式中，k＝2k1+k2，Ul'|ξl>36＝|Ψ＞36。所述步骤7中状态|φ1＞为状态|φ1>与状态|φ>形式完全相同，只是系数值不同，第一发送方可用演化状态|φ>相同的方法对状态|φ1>再次演化，即第一发送方重复步骤2,3直到成功将纠缠信道成功演化为目标信道。本专利技术的优点与效果是：本专利技术通过所有通讯方以六粒子纠缠类簇态为量子纠缠信道。发送方通过引入附加粒子，执行联合幺正演化的方法对纠缠信息重复演化直到将信道成功演化为目标信道。信道成功演化后，发送方对纠缠粒子执行X基测量或双粒子正交投影测量，并公布测量结果。接收方选择执行相应的幺正操作，就可以完成任意双量子态的远程制备。本专利技术方法利用了X基测量，双粒子正价投影测量解决了基于六粒子纠缠类簇态的量子态远程联合制备问题。通过引入附加粒子和对纠缠信道的重复演化，提高远程量子态制备效率。具有需分发纠缠粒子数少，可行性强的优点。附图说明图1为本专利技术结构框图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术中的公式量不一一进行说明时，说明与其他公式相同的量代表的意义和意思均相同。其中，公司中未进行一一说明的公式参数或者标号均属于量子领域的公知常识，申请人认为不用再一一说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于簇态的量子态制备方法，包括第一发送方、第二发送方和接收方，第一发送方和第二发送方均与接收方连接通信，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：第一发送方、第二发送方和接收方共享六粒子纠缠类簇态|φ>123456；步骤2：第一发送方引入初态为|0>a的附加粒子a；步骤3：第一发送方对粒子1,4,a构造执行联合幺正演化U；步骤4：第一发送方对粒子1,4执行X基测量，测量后剩余粒子2,3,5,6塌缩到与测量结果相应状态；步骤5：第二发送方依据已知信息λ01,λ10,λ11构造正价测量基

【技术特征摘要】
2017.12.18 CN 20171136598431.一种基于簇态的量子态制备方法，包括第一发送方、第二发送方和接收方，第一发送方和第二发送方均与接收方连接通信，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：第一发送方、第二发送方和接收方共享六粒子纠缠类簇态|φ>123456；步骤2：第一发送方引入初态为|0>a的附加粒子a；步骤3：第一发送方对粒子1,4,a构造执行联合幺正演化U；步骤4：第一发送方对粒子1,4执行X基测量，测量后剩余粒子2,3,5,6塌缩到与测量结果相应状态；步骤5：第二发送方依据已知信息λ01,λ10,λ11构造正价测量基对粒子2,5执行双粒子正交投影测量；步骤6：接受方依据发送方测量结果，对粒子3,6选择执行相应局域幺正演化Ul'，可以完成量子态制备；步骤7：若步骤3中附加粒子a的Z基测量结果为|1>a，则粒子1,2,3,4,5,6塌缩到状态状|φ1>。2.根据权利要求1所述的一种基于簇态的量子态制备方法，其特征在于：所述步骤1中纠缠类簇态|φ>123456为|φ>123456＝β00|000000>+β01|000111>+β10|111000>-β11|111111>其中|β00|2+|β01|2+|β10|2+|β11|2＝1，为完成量子态的高效制备，第一发送方先将信道演化成目标演化，所有发送方再对粒子执行相应量子测量。3.根据权利要求1所述的一种基于簇态的量子态制备方法，其特征在于：所述步骤2中，第一发送方引入一个初态为|0>a的附加粒子a，并依据已知量子态信息α00,α01,α10,α11和纠缠信道信息β00,β01,β10,β11构造联合幺正演化操作U对纠缠信道进行演化，在正交基{|00>14|0>a,|01>14｜0...

【专利技术属性】
技术研发人员：周萍，
申请(专利权)人：广西民族大学，
类型：发明
国别省市：广西,45