一种光量子态双向可控远程制备系统技术方案

本发明专利技术涉及量子通信技术领域，具体为一种光量子态双向可控远程制备系统，包括发送模块、接收模块和控制模块。在控制模块控制下，协议要求发送模块往接收模块传输光粒子量子态，同时发送模块也作为接收模块接收对方传输过来的光粒子量子态，形成一种在非最大纠缠信道下基于线性光学元件的任意光量子态双向可控远程制备系统。由于本系统的量子信息为双向传输，因此远程制备光量子态的效率更高，从而提高了远程量子通信的效率，同时整个系统只使用线性光学元件即可实现任意单光子态的双向远程制备，因此具有结构简单、易操作、可大规模推广应用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光量子态双向可控远程制备系统
本专利技术涉及量子通信
，具体为一种光量子态双向可控远程制备系统。
技术介绍
量子通信以量子态为信息载体进行信息传输与处理，用量子力学基本原理来保障通信的安全，根据基于预先共享纠缠粒子非定域相关性原理，量子离物传态可以完成任意量子态的离物传送。由于光量子态具有传输速度快、传播距离远等优点，因此光量子态是远程量子通信的理想信息载体。从当前的量子信息传输方式来看，绝大部分远程量子通信技术方案都是单向传输即量子信息由发送方传输给接收方，这种方式的缺点就是效率较为低下，而目前只能采用单向传输的原因是难以找到适当的量子纠缠信道以及如何设置相应的线性光学元件来完成光量子态双向可控远程制备中的单光子操作，所以导致了现行的基于线性光学元件的光量子态可控远程制备协议都是以多光子最大纠缠态为量子纠缠信道，基于非最大纠缠信道的光量子态双向可控远程制备协议极少，因此在现有的量子操控技术上无法实现非最大纠缠信道下的光量子态远程制备所需的多光子操控。而在当前的量子通信学术领域，关于光量子计算方法的研究也很多，例如中国科学技术大学博士学位论文《光量子计算及其算法实现》，作者：蔡昕东，时间：2015年5月，通常这类研究都是只有光量子的详细算法，但无具体的制备系统来实现光量子的双向传输，因此目前通信行业内亟需一种新型的光量子态制备系统来实现光量子的双向可控远程传输，以提高远程量子通信效率。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术一种光量子态双向可控远程制备系统，通过科学合理设置光路中的线性光学元件构成发送模块、接收模块和控制模块。通过控制模块控制，协议要求发送方往接收方传输粒子量子态，同时发送方也作为接收方接收对方传输过来的粒子量子态，形成一种在非最大纠缠信道下基于线性光学元件的任意光量子态双向可控远程制备系统。由于在本系统中量子信息为双向同时传输，因此制备光量子态的效率更高，从而显著提高了远程量子通信的效率，有效解决了上述问题。本专利技术采用的技术方案是：一种光量子态双向可控远程制备系统，其特征在于：包括第一量子纠缠态调制模块、第二量子纠缠态调制模块和第三量子纠缠态调制模块，所述第一量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第一量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第一量子态测量模块信号输出端与第一相位翻转门第一信号输入端连接，所述第二量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第二量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第二量子态测量模块信号输出端与第二相位翻转门的第二信号输入端连接，所述第三量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第三量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端一路与第一相位翻转门第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端的另一路与第二相位翻转门的第三信号输入端连接，所述第一相位翻转门信号输出端用于与第一信号接收装置信号输入端连接，所述第二相位翻转门信号输出端用于与第二信号接收装置信号输入端连接；所述第一量子纠缠态调制模块信号输入端、第二相位翻转门的第一信号输入端、第三量子纠缠态调制模块信号输入端、第一相位翻转门的第三信号输入端、第二量子纠缠态调制模块信号输入端依次用于与第一至第五信号输出端连接。第一量子纠缠态调制模块、第二量子纠缠态调制模块和第三量子纠缠态调制模块负责调制光子纠缠态，量子态测量模块对调制后的光子执行X基测量或Z基测量。外部信号源提供五光子纠缠态，光子1为第一发送光子，光子2为第一接收光子，光子3为控制粒子，用于控制量子态输出，光子4第二接收粒子，光子5为第二发送粒子。光子1经第一量子纠缠态调制模块调制、第一量子态测量模块执行X基测量后将X基测量结果传输至第一相位翻转门，光子5经第二量子纠缠态调制模块调制、第二量子态测量模块执行X基测量后将X基测量结果传输至第二相位翻转门，光子3经第三量子纠缠态调制模块调制、第三量子态测量模块执行X基测量后将X基测量结果分别传输至第一相位翻转门和第二相位翻转门，光子2塌缩到与第二相位翻转门所接收的X基测量结果相对应的状态，光子4塌缩到与第一相位翻转门所接收的X基测量结果相对应的状态，最后第二相位翻转门依据所接收到的X基测量结果与光子2状态的对应关系选择对光子2执行相应的局域幺正操作，即将第二发送粒子光子5的状态赋予第一接收粒子光子2；第一相位翻转门依据所接收到的X基测量结果与光子4状态的对应关系选择对光子4执行相应的局域幺正操作，即将第一发送粒子光子1的状态赋予第二接收粒子光子4，从而完成所需的任意两个双向传输光子的量子态制备。进一步的，所述第一量子态测量模块、第二量子态测量模块和第三量子态测量模块均相同，所述量子态测量模块包括一个阿达马门H和两个相同的量子测量操作装置，所述两个相同的量子测量操作装置分别第一量子测量操作装置、第二量子测量操作装置，所述阿达马门H信号输出端与所述第一个量子测量操作装置信号输入端连接。与阿达马门连接的第一量子测量操作装置用于执行光子X基测量，第二量子测量操作装置用于执行光粒子Z基测量，因此第一量子态测量模块对光粒子1执行X基测量和Z基测量，并通过经典信道将X基测量结果传输至第一相位翻转门，第二量子态测量模块对光粒子5执行X基测量和Z基测量，并通过经典信道将X基测量结果传输至第二相位翻转门，第三量子态测量模块对光粒子3执行X基测量和Z基测量，并通过经典信道将X基测量结果分别传输至第一相位翻转门、第二相位翻转门。进一步的，所述第一量子纠缠态调制模块包括第一极化分束器PBS1和第二极化分束器PBS2且两者为水平设置，所述第一极化分束器PBS1的第一信号输出端与第二极化分束器PBS2的第一信号输入端连接构成光路a0，在所述光路a0上设置有第一玻片，所述第一极化分束器PBS1的第二信号输出端与第二极化分束器PBS2的第二信号输入端连接构成光路a1，所述第一极化分束器PBS1信号输入端与第一信号输出端连接，所述第二极化分束器PBS2第一信号输出端与第一量子态测量模块的阿达马门H信号输入端连接构成光路a0’，所述第一量子态测量模块的阿达马门H信号输出端与第一量子态测量模块的第一量子测量操作装置G1信号输入端连接，所述第一量子测量操作装置G1信号输出端与第一相位翻转门Zt1’第一信号输入端连接，所述第二极化分束器PBS2第二信号输出端与第一量子态测量模块的第二量子测量操作装置G1’信号输入端连接构成光路a1’。进一步的，所述第二量子纠缠态调制模块包括第三极化分束器PBS3和第四极化分束器PBS4且两者为水平设置，所述第三极化分束器PBS3第一信号输出端与第四极化分束器PBS4第一信号输入端连接构成光路b0，在所述光路b0上设置有第二玻片，所述第三极化分束器PBS3第二信号输出端与第四极化分束器PBS4第二信号输入端连接构成光路b1，所述第三极化分束器PBS3信号输入端与第五信号输出端连接，所述第四极化分束器PBS4第一信号输出端与第二量子态测量模块的阿达马门H信号输入端连接构成光路b0’，所述第二量子态测量模块的阿达马门H信号输出端与第二量子态测量模块的第一量子测量操作装置G2信号输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光量子态双向可控远程制备系统，其特征在于：包括第一量子纠缠态调制模块、第二量子纠缠态调制模块和第三量子纠缠态调制模块，所述第一量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第一量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第一量子态测量模块信号输出端与第一相位翻转门第一信号输入端连接，所述第二量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第二量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第二量子态测量模块信号输出端与第二相位翻转门的第二信号输入端连接，所述第三量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第三量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端一路与第一相位翻转门第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端的另一路与第二相位翻转门的第三信号输入端连接，所述第一相位翻转门信号输出端用于与第一信号接收装置信号输入端连接，所述第二相位翻转门信号输出端用于与第二信号接收装置信号输入端连接；所述第一量子纠缠态调制模块信号输入端、第二相位翻转门的第一信号输入端、第三量子纠缠态调制模块信号输入端、第一相位翻转门的第三信号输入端、第二量子纠缠态调制模块信号输入端依次用于与第一至第五信号输出端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种光量子态双向可控远程制备系统，其特征在于：包括第一量子纠缠态调制模块、第二量子纠缠态调制模块和第三量子纠缠态调制模块，所述第一量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第一量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第一量子态测量模块信号输出端与第一相位翻转门第一信号输入端连接，所述第二量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第二量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第二量子态测量模块信号输出端与第二相位翻转门的第二信号输入端连接，所述第三量子纠缠态调制模块的第一信号输出端、第二信号输出端分别与第三量子态测量模块的第一信号输入端、第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端一路与第一相位翻转门第二信号输入端连接，所述第三量子态测量模块信号输出端的另一路与第二相位翻转门的第三信号输入端连接，所述第一相位翻转门信号输出端用于与第一信号接收装置信号输入端连接，所述第二相位翻转门信号输出端用于与第二信号接收装置信号输入端连接；所述第一量子纠缠态调制模块信号输入端、第二相位翻转门的第一信号输入端、第三量子纠缠态调制模块信号输入端、第一相位翻转门的第三信号输入端、第二量子纠缠态调制模块信号输入端依次用于与第一至第五信号输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种光量子态双向可控远程制备系统，其特征在于：所述第一量子态测量模块、第二量子态测量模块和第三量子态测量模块均相同，所述量子态测量模块包括一个阿达马门H和两个相同的量子测量操作装置，所述两个相同的量子测量操作装置分别第一量子测量操作装置、第二量子测量操作装置，所述阿达马门H信号输出端与所述第一个量子测量操作装置信号输入端连接。3.根据权利要求1所述的一种光量子态双向可控远程制备系统，其特征在于：所述第一量子纠缠态调制模块包括第一极化分束器PBS1和第二极化分束器PBS2且两者为水平设置，所述第一极化分束器PBS1的第一信号输出端与第二极化分束器PBS2的第一信号输入端连接构成光路a0，在所述光路a0上设置有第一玻片，所述第一极化分束器PBS1的第二信号输出端与第二极化分束器PBS2的第二信号输入端连接构成光路a1，所述第一极化分束器PBS1信号输入端与第一信号输出端连接，所述第二极化分束器PBS2第一信号输出端与第一量子态测量模块的阿达马门H信号输入端连接构成光路a0’，所述第一量子态测量模块的阿达马门H信号输出端与第一量子态测量模块的第一量子测量操作装置G1信号输入端连接，所述第一量子测量操作装置G1信号输出端与第一相位翻转门Zt1’第一信...

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