基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。本发明专利技术本首次将基于Brown态的态制备和网络编码相结合，通过蝶形网络和五比特Brown态由发送方到接收方之间进行交叉传输，并且双向制备任意单比特量子态的方案，主要特征是：在基于蝶形网络编码协议的基础上，通过态制备建立量子网络编码模型。源节点与目的节点共享的信道是由五比特Brown态加辅助粒子，通过CNOT操作进行信道调制所得到。实现已知信息在整个网络模型中的传输，与量子隐形传态方案相比资源消耗更少，同时传输效率达到更高水平，并且还创新性的实现了双向制备，通信容量达到四比特每轮。它在量子通信网络技术领域里有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法
本专利技术涉及量子通信领域，具体涉及一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。
技术介绍
2000年，Ahlswede等人在以网络编码(NetworkCodeing)的基础文章中找到了一种崭新的方式来实现比以前更好的网络通信性能。网络编码的主要思路是我们可以在网络中的中间节点对信息进行编码，从而提高吞吐量，和安全性并且降低了网络的复杂性。随着量子信息的发展，网络编码已逐渐应用于量子网络。量子网络编码(QNC)凭借其提高量子通信的安全性和效率的能力逐渐成为一个主要的研究领域。自2006年以来，Hayashi等人探索了量子网络编码的可能性，并提出了第一个量子网络编码协议XQQ。通过设计XQQ协议，他们表明可以设计一种量子网络编码协议，该协议可以跨两个量子位为蝶形网络传输保真度大于1/2的协议，并且还计算了小于1的保真度上限。在基于Hayashi等人工作的基础上，Iwama发起了针对蝶形网络的量子网络编码的研究，他们证实了在近似值被允许的情况下量子网络编码的可行性。Ma等人[4]提出了一种量子网络编码协议，该协议可以通过在两个蝶形网络之间共享非最大纠缠态来在蝶形网络上传输M-qudit。Leung等人研究了量子信道网络中的量子信息的k对通信问题。从安全通信的角度来看，Shang等人进一步提出了基于受控隐形传态的量子网络编码方案，以实现对接收者解码过程的控制。近年来，各种基于量子网络编码研究层出不穷。基于量子网络编码的思想，最为普遍的应用就是与隐形传态(QT)的结合，而已知态的制备一直以来是量子通信领域中的热门研究对象，基于Brown态的态制备的方案近年来也逐渐被提出，但很少有基于量子网络编码的思想去实现，量子远程态制备(RSP)与隐形传态具有相同的目标，他们的目标都是将一个目标发送到远方。但在量子远程态制备中发送者通常知道要传输的状态，而在量子隐形传态中发送者不知道要传输的状态。但实质上是一种通信行为，也需要保证其安全性。态制备可以利用网络编码传输的高效以及更优秀的安全性将已知想要制备的量子态准确无误的制备并传输给目的节点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法，包括：步骤1：需要构建蝶形网络模型，其中，A和B为源节点，中间节点为M1和M2，C和D作为目的节点，来实现交叉双向态制备，制备任意单比特态：目的节点C制备目标态为目的节点D制备目标态为源节点A制备目标态为源节点B制备目标态为源节点A与目的节点C预先共享五比特Brown态作为信道，五比特Brown态的形式如下：源节点B与目的节点D预先共享五比特Brown态作为信道，五比特Brown态的形式如下：首先对源节点A与目的节点C共享的五比特Brown态信道加入辅助粒子|00〉，其中A1和C1分别对粒子A3以及C3采用CNOT操作进行信道调制，其中节点A拥有粒子A1,A2,A3，节点C拥有粒子C1,C2,C3。源节点B与目的节点D共享的五比特Brown态信道作相似的操作进行信道调制，中节点B拥有粒子B1,B2,B3，节点D拥有粒子D1,D2,D3，共享的两个信道分别以下两个形式：步骤2：首先，源节点A对粒子A1进行第一次幅度测量，选取一组正交测量基{|μm>,m∈{0,1}}:接着，根据源节点A第一次对粒子A1的幅度测量结果，源节点A对粒子A3进行第二次相位测量，选择合适的相位测量基(根据系数m匹配)目的节点C分别对粒子对C1和C3执行幅度和相位测量，首选取一组正交测量基{|ηm>,m∈{0,1}}：接着，根据目的节点C第一次对粒子C1的幅度测量结果，从测量基选取对应的测量基(根据m匹配)对粒子C3进行相位测量：因此，源节点A到目的节点C的整个系统可以表示为：在源节点B与目的节点D中，首先，源节点B对粒子B1进行第一次幅度测量，选取一组正交测量基{|χm>,m∈{0,1}}：接着，根据源节点B第一次对粒子B1的幅度测量结果，从测量基选取合适的相位测量基(根据系数m匹配)对粒子B3进行第二次相位测量：对于目的节点D分别对粒子对D1和D3执行幅度和相位测量，首先目的节点D选取一组正交测量基{|νm>,m∈{0,1}}：接着，根据目的节点D第一次对粒子D1的幅度测量结果，从测量基选取对应的测量基(根据m匹配)对粒子D3进行第二次相位测量：因此，源节点B到目的节点D的整个系统可以表示为：步骤3：如果控制方同意源节点A和目的节点C之间的态制备，那么控制方对手中的粒子E执行{|0>，|1>}，将对控制比特E的测量结果公布给源节点A和目的节点C，源节点A和目的节点C分别将各自的测量结果对应成经典信息X1，Y1，可以从表1和2看到测量结果与经典信息X1，Y1的对应关系，各自通过经典信道Q1，T3传输给中间节点M1和M2，同时源节点A和目的节点C将X1，Y1作为辅助消息，通过经典信道Q2，T4发送给目的节点D以及源节点B。与此同时，如果控制方如果同意源节点B和目的节点D之间的态制备，那么控制方对手中的粒子F执行{|0>，|1>}，将对控制比特F的测量结果公布给源节点B和目的节点D，源节点B和目的节点D分别将各自的测量结果对应成经典信息X2，Y2，可以从表3和4看到测量结果与经典信息X2，Y2的对应关系，各自通过经典信道Q3，T1传输给中间节点M1和M2，同时源节点B和目的节点D将X2，Y2作为辅助消息，通过经典信道Q4，T2发送给目的节点C以及源节点A。步骤4：中间节点M1从经典信道Q1和Q3分别收到预编码信息X1和X2，并且随即将收到的预编码信息进行编码处理操作：接着利用经典信道Q5传输给中间节点M2，最后中间节点M2把接收到的编码处理操作分别通过经典信道Q6和Q7传给目的节点C和D。与此同时，中间节点M2从经典信道T1和T3收到预编码信息Y2和Y1，并且随即将收到的预编码信息进行编码处理操作：接着利用经典信道T5传输给中间节点M1，最后中间节点M1把接收到的编码处理操作分别通过经典信道T6和T7传给源节点节点A和B。步骤5：目的节点C和D根据源节点B和A通过经典信道Q4和Q2传输的辅助信息X2和X1，再根据中间节点M2通过经典信道Q6和Q7发送的封装信息进行解码操作并且结合控制信息，通过表1和3可知测量结果与经典信息对应的关系，采取对应的幺正操作，就可以准确无误的制备出|τ1>和|τ2>。同样，源节点A和B根据目的节点D和C通过经典信道T2和T4传输的辅助信息Y2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法，其特征在于，包括：/n步骤1：需要构建蝶形网络模型，其中，A和B为源节点，中间节点为M

【技术特征摘要】
1.一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：需要构建蝶形网络模型，其中，A和B为源节点，中间节点为M1和M2，C和D作为目的节点，来实现交叉双向态制备，制备任意单比特态：
目的节点C制备目标态为
目的节点D制备目标态为
源节点A制备目标态为
源节点B制备目标态为
源节点A与目的节点C预先共享五比特Brown态作为信道；
源节点B与目的节点D预先共享五比特Brown态作为信道；
首先对源节点A与目的节点C共享的五比特Brown态信道加入辅助粒子|00>，其中A1和C1分别对粒子A3以及C3采用CNOT操作进行信道调制，其中节点A拥有粒子A1,A2,A3，节点C拥有粒子C1,C2,C3；源节点B与目的节点D共享的五比特Brown态信道作相似的操作进行信道调制，中节点B拥有粒子B1,B2,B3，节点D拥有粒子D1,D2,D3；
步骤2：首先，源节点A对粒子A1进行第一次幅度测量，选取一组正交测量基{|μm>,m∈{0,1}}:



接着，根据源节点A第一次对粒子A1的幅度测量结果，源节点A对粒子A3进行第二次相位测量，选择合适的相位测量基



目的节点C分别对粒子对C1和C3执行幅度和相位测量，首选取一组正交测量基{|ηm>,m∈{0,1}}：



接着，根据目的节点C第一次对粒子C1的幅度测量结果，从测量基选取对应的测量基对粒子C3进行相位测量：






在源节点B与目的节点D中，首先，源节点B对粒子B1进行第一次幅度测量，选取一组正交测量基{|χm>,m∈{0,1}}：



接着，根据源节点B第一次对粒子B1的幅度测量结果，从测量基选取合适的相位测量基对粒子B3进行第二次相位测量：






对于目的节点D分别对粒子对D1和D3执行幅度和相位测量，首先目的节点D选取一组正交测量基{|νm>,m∈{0,1}}：



接着，根据目的节点D第一次对粒子D1的幅度测量结果，从测量基选取对应的测量基对粒子D3进行第二次相位测量：






步骤3：如果控制方同意源节点A和目的节点C之间的态制备，那么控制方对手中的粒子E执行{|0>，|1>}，将对控制比特E的测量结果公布给源节点A和目的节点C，源节点A和目的节点C分别将各自的测量结果对应成经典信息X1，Y1，可以从表1和2看到测量结果与经典信息X1，Y1的对应关系，各自通过经典信道Q1，T3传输给中间节点M1和M2，同时源节点A和目的节点C将X1，Y1作为辅助消息，通过经典信道Q2，T4发送给目的节点D以及源节点B；
与此同时，如果控制方如果同意源节点B和目的节点D之间的态制备，那么控制方对手中的粒子F执行{|0>，|1>}，将对控制比特F的测量结果公布给源节点B和目的节点D，源节点B和目的节点D分别将各自的测量结果对应成经典信息X2，Y2，可以从表3和4看到测量结果与经典信息X2，Y2的对应关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜敏，杨甬，陈虹，张佳慧，刘芹，许智航，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32