基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法技术

本发明专利技术涉及了一种基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法，最初没有直接共享量子纠缠对的通信双方Alice与Bob，通过p个中间节点的帮助，不断进行纠缠交换，最终建立起量子纠缠信道，完成发送方Alice与向接收方Bob传送一个单粒子多能级未知量子态的多跳隐形传态过程。本发明专利技术应用非最大纠缠链式信道，即使发送方与接收方没有直接共享量子纠缠对，依然能在双方之间传输量子态信息，能够满足构建复杂量子通信网络的要求；在本发明专利技术的多跳无损隐形传态体系中，如果隐形传态过程执行成功，则信息接收方Bob可以得到传送的量子态信息；如果隐形传态过程失败，信息发送方Alice可以恢复出传送的未知量子态信息，该未知量子态信息不会丢失。

Multi-hop lossless teleportation method based on non-maximum entangled chain channel

The present invention relates to a multi-hop lossless teleportation method based on non-maximum entanglement chain channel. At first, Alice and Bob did not share quantum entanglement pairs directly. With the help of P intermediate nodes, entanglement swapping was carried out continuously. Finally, a quantum entanglement channel was established to complete the transmission of a single particle multi-level unknown quantum state between sender Alice and receiver Bob. Stealth teleportation process. The invention applies a non-maximal entangled chain channel, even if the sender and the receiver do not share quantum entanglement pairs directly, they can still transmit quantum state information between the two sides, which can meet the requirements of constructing a complex quantum communication network. In the multi-hop lossless teleportation system of the invention, if the teleportation process is successfully executed, Bob, the information receiver, can obtain the transmitted quantum. State information; if the teleportation process fails, the sender Alice can recover the transmitted unknown quantum state information, which will not be lost.

【技术实现步骤摘要】
基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法
本专利技术涉及量子通信网络及信息传播方法，特别是涉及基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法。
技术介绍
量子信息学是经典信息论与量子力学的交叉学科，其研究领域主要包括量子计算与量子通信等。量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式，其传递的信息主体是量子信息或经典信息，信道则是量子信道或量子信道辅以经典信道。近年来，随着量子通信技术的发展，量子通信也逐渐走向网络化的发展方向。在量子通信网络中，多跳隐形传态协议可以实现两个不直接共享纠缠对的节点间的量子隐形传态。目前，量子通信技术得到了快速发展，并以通信容量大、安全性高等方面的独特优势渐渐成为世界范围内量子学和信息学的主要钻研热点。量子纠缠在量子隐形传态[1]系统中，是一个不可或缺的物理资源，纠缠交换[2-4]则是量子纠缠性质的一个特殊应用，其使原本不相关的两对纠缠粒子，利用贝尔测量的方法，产生相互作用。纠缠这一性质在量子通信中，有着很重要的作用。量子纠缠最初是由爱因斯坦(Einstein),波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)三位科学家为证明量子力学的不完备性概念而提出的。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了一个思想实验，后来被称为EPR实验。首先准备A和B两个粒子，使这两个粒子的一些属性(如电子的自旋角动量、光子的偏振等)加和为零，但单独一个粒子的属性是不确定的，这样的一对粒子称为EPR对，它们处于一个纠缠态，因为两个粒子的属性紧密联系。然后把这两个粒子在空间中分开任意远的距离，此时测量粒子A的状态，假如测量结果为“0”，那么可以立刻得到B的状态为“1”。EPR认为在纠缠粒子A和B之间有“鬼魅般的超距作用”。量子隐形传态的概念于1993年由Bennett，Brassard等[5]几位科学家提出，并利用量子纠缠性质来实现量子隐形传态，由此开创了量子隐形传态研究的先河。量子隐形传态的基本原理是：对待传送的未知量子态与EPR纠缠对的其中一个粒子实施联合Bell基测量，由于EPR对的量子非局域关联特性，此时未知态的全部量子信息将会"转移"到EPR对的第二个粒子上，只要根据经典通道传送的Bell基测量结果，对EPR对的第二个粒子的量子态施行适当的幺正变换，就可使这个粒子处于与待传送的未知态完全相同的量子态，从而在EPR的第二个粒子上实现对未知量子态的重现。1997年，奥地利Zeilinger小组在室内首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的经典之作。随着量子通信研究的深入，网络化是不可避免的发展趋势，量子通信网络[6,7]中的量子中继节点因此得到了人们的广泛重视。量子中继节点方案中，发信节点和收信节点之间还有很多的中间节点，每两个相邻节点由一段纠缠信道连接，形成链式信道，所有的节点(包括发信节点和收信节点)与自己的相邻节点进行纠缠交换，并对自己拥有的粒子进行Bell测量，得到一个纠缠态，最终可以建立起发信节点和收信节点之间的纠缠态，利用这个纠缠态，就能基于EPR协议最终可实现两个节点之间的通信。近年，以量子中继节点为基础进行量子隐形传态的理论研究取得重大突破。2005年，Sheng-TzongCheng等[8]提出了一种针对分级网络结构的路由机制，用来在两个没有直接共享纠缠对的节点建传送一个量子态信息；2014年，WangKan等[9]提出一种基于任意Bell对的量子无线多跳隐形传态体系，用以构建量子通信网络。但是，现有的多跳量子隐形传态方法[10,11]大多是概率隐形传态，未知量子态的成功传送有一定的概率，一旦传送失败，会丢失未知量子态信息，造成量子资源的浪费，部分实现量子无损[12]隐形传态体系的方法又未能扩展到量子网络领域。多能级量子态[13,14]在量子信息以及量子计算中是非常重要的量子资源，对于一个多能级未知量子态的隐形传态，需要建立多能级的量子隐形传态信道，执行隐形传态过程时，要将两能级的CNOT门操作，H门操作，Bell测量等量子操作扩展到多能级的广义CNOT门操作，广义H门操作以及广义Bell测量等。YanXia等[15]基于d能级N粒子GHZ信道传送多比特未知量子态信息，实现一种广义的隐形传态体系；PingZhou等[16]基于非最大纠缠量子信道提出了d维量子系统的多方控制隐形传态，用于将量子隐形传态扩展到多能级形式。这些d能级量子隐形传态方法也是概率隐形传态，如果隐形传态过程失败，无法保留未知待传量子态信息。本专利技术参考文献如下：[1]YANGCP,GUOGC.Multi-particlegeneralizationofteleportation[J].ChinPhysLett,2000,17:162.[2]PANJW，BOUWMEESTERD，WEINFURTERH，eta1.Experimentalentanglementswapping：Entanglingphotonsthatneverinteracted[J].PhysicalReviewLetters，1998，80(18)：3891—3894.[3]LUH,GUOGC.Teleportationoftwo-particleentangledstateviaentanglementswapping[J].PhysLettA,2000,276:209.[4]M.A.Sol′1s-Prosser,A.Delgado,O.Jim′enez,andL.Neves.Deterministicandprobabilisticentanglementswappingofnonmaximallyentangledstatesassistedbyoptimalquantumstatediscrimination[J].PHYSICALREVIEWA89,012337(2014).[5]BennettC.H.BrassardG,CrepeauC,etal.TeleportinganUnknownQuantumStateviaDualClassicalandEinstein-Podolsky-RosenChannels[J],Phys.Rev.Lett.,1993,70:1895-1899.[6]Xiu-BoChen,YuanSu,GangXu,YingSun,Yi-XianYang.Quantumstatesecuretransmissioninnetworkcommunications[J].InformationSciences276(2014)363-376.[7]Zhen-ZhenLi,GangXu,Xiu-BoChen,XingmingSun,andYi-XianYang.Multi-UserQuantumWirelessNetworkCommunicationBasedonMulti-QubitGHZState[J].IEEECOMMUNICATIONSLETTERS,VOL.20,NO.12,DECEMBER2016.[8]Sheng-TzongCheng,Chun-YenWang,Ming-HonTao.Quantumcommunicationforwirele本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法，其特征在于，包括：通信双方为信息发送方Alice与信息接收方Bob，粒子src携带未知量子态，由信息发送方Alice所持有。发送方Alice持有粒子src和粒子1，第1个中间节点持有粒子2和粒子3，第2个中间节点持有粒子4和粒子5……第i(i＝1,2,3,…,p)个中间节点持有粒子2i和粒子2i+1，其中，p是正整数；处于目标节点的信息接收方Bob是多跳量子隐形传态系统的第p+2个节点，持有粒子2p+2；各个相邻节点之间彼此两两共享两比特Bell态量子信道，形成链式通信信道。各纠缠信道的形式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法，其特征在于，包括：通信双方为信息发送方Alice与信息接收方Bob，粒子src携带未知量子态，由信息发送方Alice所持有。发送方Alice持有粒子src和粒子1，第1个中间节点持有粒子2和粒子3，第2个中间节点持有粒子4和粒子5……第i(i＝1,2,3,…,p)个中间节点持有粒子2i和粒子2i+1，其中，p是正整数；处于目标节点的信息接收方Bob是多跳量子隐形传态系统的第p+2个节点，持有粒子2p+2；各个相邻节点之间彼此两两共享两比特Bell态量子信道，形成链式通信信道。各纠缠信道的形式为：p个中间节点对自己所拥有的两个粒子作广义Bell测量，使信息发送方Alice与信息接收方Bob之间形成两粒子纠缠信道；p个中间节点分别将自己的广义Bell测量结果发送给信息接收方Bob，Bob根据这p个测量结果确定需要执行的矩阵变换操作，调整纠缠信道；将多跳隐形传态系统简化为单跳隐形传态系统形式，执行单跳无损量子隐形传态过程；在系统中引入一个辅助粒子|0>e，由信息接收方Bob所持有。同时进行以下两项操作：(1)信息发送方Alice对其所拥有的粒子src和粒子1执行广义CNOT和广义H门操作；(2)信息接收方Bob对其持有的粒子2p+2和辅助粒子e执行两比特态幺正操作；信息接收方Bob对辅助粒子e进行测量，若测量结果为|0>e，则信息发送方Ali...

【专利技术属性】
技术研发人员：付粉香，姜敏，黄旭，陈虹，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32