一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法。利用图论的思想，通过多粒子非最大纠缠图态实现单量子比特的联合远程态制备。它主要包括：构建量子纠缠信道资源，依次对携带最大纠缠态的粒子执行LC操作和CZ操作，可在非最大纠缠粒子两侧生成最大纠缠GHZ态，将非最大纠缠粒子及其两侧的最大纠缠GHZ态合并，生成多粒子非最大纠缠GHZ态，利用生成的非最大纠缠GHZ态进行单比特态制备。完成了非最大纠缠图态到常规的最大纠缠图态的转变，实现了基于非最大纠缠图态量子态的制备，满足构建复杂量子通信网络的要求，为复杂量子网络结构的构建提供了重要的价值和理论意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法


[0001]本专利技术涉及通信网络及信息传播方法领域，特别是涉及一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法。

技术介绍

[0002]量子力学与信息学的结合带来了一种安全的通信方式，以适应越来越复杂的网络环境。自1935年爱因斯坦等人提出了EPR悖论[1]，量子的纠缠特性便进入了研究人员的视野，并引发强烈兴趣，量子信息学随之产生。量子信息学是以量子力学为基础，利用量子资源研究信息处理的一门学科，它包括量子隐形传态[2
‑
4]、远程量子态制备[5
‑
7]、量子计算[8,9]等。
[0003]量子隐形传态是一种全新的通信方式，发送者可以利用预先共享的量子纠缠态将未知量子态从一个地方传输到另一个地方，几乎实现了“超时空传输”。1993年，Bennett等人[2]首次提出了基于经典信道和EPR纠缠信道的单量子比特隐形传输协议。随着科学家对量子领域的研究，Lo[5]、Pati[6]和Bennett等人[7]提出了另一种传输量子态的方法，即远程量子态制备。
[0004]远程量子态制备同样是利用预先共享的量子纠缠资源和经典信道传输量子态，不过与量子隐形传态不同的是，发送者对于待制备的量子态信息是完全已知的。在过去的几十年中，研究人员对态制备产生了极大的兴趣。2007年，Xia等人[10]提出了一种基于多粒子纠缠信道的任意单量子比特多方远程制备协议。Nguyen等人[11]提出了一种利用GHZ态作为量子信道三方联合远程制备任意量子比特态的方案。Du等人[12]提出了一种新的三方参与的四粒子cluster态确定性联合远程态制备协议。Zhang等人[13]研究了在具有记忆的Pauli信道下的确定性联合远程态制备的性能。与此同时，Lv等人[14]提出了一种高维远程态制备方案，使用d维GHZ态作为量子信道来多方控制联合远程制备任意多粒子qudit态。Zhou[15]提出了一种通过POVM测量多方联合远程制备任意多粒子qudit态的通用方案。
[0005]最近，研究人员将数学中图论的思想应用到量子领域中，并提出了一种新型的物理模型——图态。它是量子态与图的结合，在图态中每个顶点表示量子比特，每条边表示比特间的相互作用或纠缠大小。它广泛运用于量子纠缠、量子计算等领域，Markham等人[16]在2008年提出了基于图态的量子密钥共享方案，并给出了图态的相关定义。随后，Ren等人[17]提出了基于连续变量图态的隐形传态通用协议。Meignant等人[18]研究了任意物理网络中纠缠态的分发，并提出了GHZ态和任意图态的分发协议。F.Hahn等人[19]提出了一种通用方法，用于在任意网络中建立EPR对，使用图态来实现长距离同时通信。
[0006]然而，目前利用图态进行量子通信的研究方案基本都是采用最大纠缠图态作为纠缠信道，基于最大纠缠图态作为纠缠信道的态制备方法存在计算过程复杂的问题，且基于非最大纠缠图态的量子态制备方法较为罕见，因此，如何去基于非最大纠缠图态进行量子态制备是目前有待解决的问题。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于解决现有技术中如何基于非最大纠缠图态去进行量子态制备的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法，包括：
[0009]基于发送方Alice1，Alice2，
…
，Alice
N
‑1的粒子1，2，
…
，N
‑
1和接收方Bob的粒子N，引入非最大纠缠态a|0>+b|1>和量子态|+>，并利用controlled
‑
Z门构建非最大纠缠量子信道|G>；
[0010]将所述非最大纠缠量子信道|G>中携带的最大纠缠态粒子执行Local complementation操作，并对所述最大纠缠态粒子与相邻粒子组成的粒子对执行controlled
‑
Z门操作，得到由两个最大纠缠GHZ态通过非最大纠缠粒子p连接组成的非最大纠缠图态|G
′
>；
[0011]基于Local complementation操作和controlled
‑
Z门操作，以及Hadamard门和controlled
‑
not门操作，利用单比特测量将所述非最大纠缠图态|G
′
>合并生成一个非最大纠缠GHZ信道|T>；
[0012]利用所述非最大纠缠GHZ信道|T>进行远程态制备。
[0013]优选地，所述非最大纠缠量子信道|G>计算公式为：
[0014][0015]其中，系数a，b为实数且a≠b，并满足归一化条件其中，系数a，b为实数且a≠b，并满足归一化条件为作用在量子比特k与k+1之间的controlled
‑
Z门，p为非最大纠缠粒子。
[0016]优选地，所述将所述非最大纠缠量子信道|G>中携带的最大纠缠态粒子执行Local complementation操作，并对所述最大纠缠态粒子与相邻粒子组成的粒子对执行controlled
‑
Z门操作，得到由两个最大纠缠GHZ态通过非最大纠缠粒子p连接组成的非最大纠缠图态|G
′
>包括：
[0017]对所述非最大纠缠图态|G>的最大纠缠粒子i(i＝2，3，
…
，p
‑
2)执行Local complementation操作
[0018]对所述非最大纠缠图态|G>的最大纠缠粒子j(j＝p+2，p+3，
…
，N
‑
1)执行Local complementation操作
[0019]对所述非最大纠缠图态|G>的粒子对{i，i+1}执行controlled
‑
Z门操作
[0020]对所述非最大纠缠图态|G>的粒子对{j，j+1}执行controlled
‑
Z门操作
[0021]利用所述非最大纠缠粒子p将其两侧的最大纠缠GHZ态连接，组成所述非最大纠缠图态|G
′
>，其计算公式为：
[0022][0023]其中，p为非最大纠缠粒子；
[0024]将所述非最大纠缠图态|G
′
>计算简化为：
[0025][0026]其中，表示对非最大纠缠图态|G
′
>的粒子对{1，i}执行controlled
‑
Z门操作。
[0027]优选地，所述基于Local complementatio本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法，其特征在于，包括：基于发送方Alice1，Alice2，
…
，Alice
N
‑1的粒子1，2，
…
，N
‑
1和接收方Bob的粒子N，引入非最大纠缠态a|0>+b|1>和量子态|+>，并利用controlled
‑
Z门构建非最大纠缠量子信道|G>；将所述非最大纠缠量子信道|G>中携带的最大纠缠态粒子执行Localcomplementation操作，并对所述最大纠缠态粒子与相邻粒子组成的粒子对执行controlled
‑
Z门操作，得到由两个最大纠缠GHZ态通过非最大纠缠粒子p连接组成的非最大纠缠图态|G
′
>；基于Localcomplementation操作和controlled
‑
Z门操作，以及Hadamard门和controlled
‑
not门操作，利用单比特测量将所述非最大纠缠图态|G
′
>合并生成一个非最大纠缠GHZ信道|T>；利用所述非最大纠缠GHZ信道|T>进行远程态制备。2.如权利要求1所述基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法，其特征在于，所述非最大纠缠量子信道|G>计算公式为：其中，系数a，b为实数且a≠b，并满足归一化条件|a|2+|b|2＝1，为作用在量子比特k与k+1之间的controlled
‑
Z门，p为非最大纠缠粒子。3.如权利要求2所述基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法，其特征在于，所述将所述非最大纠缠量子信道|G>中携带的最大纠缠态粒子执行Localcomplementation操作，并对所述最大纠缠态粒子与相邻粒子组成的粒子对执行controlled
‑
Z门操作，得到由两个最大纠缠GHZ态通过非最大纠缠粒子p连接组成的非最大纠缠图态|G
′
>包括：对所述非最大纠缠图态|G>的最大纠缠粒子i(i＝2，3，
…
，p
‑
2)执行Localcomplementation操作对所述非最大纠缠图态|G>的最大纠缠粒子j(j＝p+2，p+3，
…
，N
‑
1)执行Localcomplementation操作对所述非最大纠缠图态|G>的粒子对{i，i+1}执行controlled
‑
Z门操作对所述非最大纠缠图态|G>的粒子对{j，j+1}执行controlled
‑
Z门操作利用所述非最大纠缠粒子p将其两侧的最大纠缠GHZ态连接，组成所述非最大纠缠图态|G
′
>，其计算公式为：其中，p为非最大纠缠粒子；将所述非最大纠缠图态|G
′
>计算简化为：
其中，表示对非最大纠缠图态|G
′
>的粒子对{1，i}执行controlled
‑
Z门操作。4.如权利要求3所述基于非最大纠缠图态的联合远程量子态制备方法，其特征在于，所述基于Localcomplementation操作和controlled
‑
Z门操作，以及Hadamard门和controlled
‑
not门操作，利用单比特测量将所述非最大纠缠图态|G
′
>合并生成一个非最大纠缠GHZ信道|T>包括：对最大纠缠粒子p
‑
1实施Localcomplementation操作，对纠缠对(p
‑
1，p)执行controlled
‑
Z门操作，得到一个非最大纠缠GHZ态连接着一个最大纠缠GHZ态的量子纠缠信道|T1>；将所述量子纠缠信道|T1>中的粒子2，3，
…
，N同时执行Hadamard门变换，得到量子纠缠信道|T2>；将所述非最大纠缠粒子p在测量基{|0>，|1>}下执行单比特测量并将测量结果通过经典信道告知各节点，若测量结果为|0>
p
，同时在最大纠缠粒子i上执行幺正变换I
i
；若测量结果为|1>
p
，则同时在最大纠缠粒子i上执行幺正变换X
i
，得到量子纠缠信道|T2>
′
，其中i＝1，2，...，p
‑
1，p+1；对所述量子纠缠信道|T2>
′
中粒子对{p
‑
1，p+1}执行controlled
‑
not门操作，得到量子纠缠信道|T3>；对最大纠缠粒子p+1在测量基{|0>，|1>}下执行单比特测量并将测量结果通过经典信道告知各节点；若测量结果为|0>
p+1
，同时在最大纠缠粒子j上执行幺正变换I
j
；若测量结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁祎，李宗一，苗天宇，姜敏，陈虹，孙兵，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：