一种可验证的抗噪盲量子计算方法技术

本发明专利技术公开了一种可验证的抗噪盲量子计算方法，它属于委托计算协议。该协议主要包括两个参与方，客户端需要执行测量，服务器按照客户端的要求制备量子态，从而实现整个盲量子计算过程。在客户端测量被服务器编码和传输的量子态后，成功在服务器处制备了可用于验证的粒子。在服务器将这些已经制备的粒子按照客户端的要求纠缠前，服务器可对这些粒子进行再次编码，以达到更好的容错性。以达到更好的容错性。以达到更好的容错性。

【技术实现步骤摘要】
一种可验证的抗噪盲量子计算方法


[0003]本专利技术涉及量子纠错编码，具体涉及一种可验证和抵抗噪声的容错盲量子计算协议，属于量子计算


技术介绍

[0004]随着用户对计算机算力需求的不断提高，量子计算机已经被少数政府和大型企业构建。但是初代量子计算机的成本高昂，维护难度大，这将导致初代量子计算机将以“云”计算的形式为主。
[0005]当客户端(Alice)想要委托拥有量子计算机的服务器(Bob)执行任意量子计算时，保护Alice的隐私是至关重要的。在这个时候，盲量子计算(Blind Quantum Computation)可以考虑被用来保护Alice的输入、输出和算法信息。但在执行盲量子计算时，有两个很强的假设才能保证Alice获得正确的计算结果。第一，用于盲量子计算的粒子不会被噪声影响；第二，当Bob不诚实的时候，Alice不能保证计算结果是否正确。
[0006]Chien等人于2015年提出了两种容错的盲量子计算协议。这两个协议分别通过Alice直接制备逻辑比特和Alice通过隐形传态制备逻辑比特，然后用这些编码后的粒子执行容错量子计算。但这两个协议都要求Alice具有量子计算和量子内存的能力，并且在这两个协议中Alice不能验证计算结果是否正确。
[0007]Fitzsimons等人提出了一个可验证的通用盲量子计算协议，其中Alice通过在发送的量子态中插入trap qubit来验证Bob是否正确执行了Alice要求的量子计算。这个协议的详细步骤如下：
[0008]步骤1：Alice发送N+N
D
个粒子给Bob，其中N为computational qubit和trap qubit的总数，这两个粒子态都可表示为|+θ
j
>＝|0>e
iθj
|1>，θ
j
∈S＝{0，π/4，
…
，7π/4}；N
D
为dummy qubit(|0>,|1>)的数目；
[0009]步骤2：Bob根据Alice的指示将这些粒子纠缠，构造一个图态|G>，它的定义如下：|G>＝CZ(i,j)Π
j＝1N
|+θ
j
>Π
j＝N+1N+ND
|Z
j
>
[0010]步骤3：Alice通过经典信道向Bob发送值δ
j
＝θ
j
′
+φ
j
+r
j
π+n
j
π，然后Bob反馈测量结果b
i
；对于计算粒子，θ
j
′
＝θ
j
,φ
j
取决之前的测量结果和Alice的算法；对trap qubit,θ
j
′
＝θ
j
,φ
j
＝0；对dummy qubit,θ
j
′
随机从S＝{0,π/4,
…
,7π/4}中选取，φ
j
＝0；对图态|G>中的所有粒子，r
j
从{0,1}中随机选取，n
j
用来消除图态|G>中第基态的影响；
[0011]Alice通过经典信道向Bob发送值δ
j
＝θ
j
′
+φ
j
+r
j
π+n
j
π；对computation qubit,θ
j
′
＝θ
j
,φ
j
取决于之前的测量结果和Alice的算法；对trap qubit,θ
j
′
＝θ
j
,φ
j
＝0；对dummy qubit，θ
j
′
从S＝{0,π/4,
…
,7π/4}中选取，φ
j
＝0；对|G>中的所有粒子，r
j
从{0,1}中随机选取，n
j
用来消除图态|G>中第i位Z基态的影响；
[0012]步骤4：Alice对所有的trap qubits检查b
j
和r
j
是否相等，如果对所有的trapqubit全部满足，则Alice接受测量结果；否则，Alice拒绝测量结果。
[0013]但在这个可验证的盲量子计算协议中，Alice和Bob之间的通讯是无噪的。

技术实现思路

[0014]针对盲量子计算的这两个假设，本专利技术提供了一种可同时验证和抗噪的容错盲量子计算方法。
[0015]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：基于可验证的盲量子计算和远程量子态制备方法，使用量子纠错码对用于计算的量子比特编码，得到了一些可用于验证的粒子，然后利用这些粒子实现可验证的容错盲量子计算。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]1、本专利技术基于容错盲量子计算和远程量子态制备，完成了在Bob处制备出可验证的粒子，与其他抗噪盲量子计算方案相比较，本专利技术中的Alice可验证在盲量子计算过程中，Bob是否如实执行计算过程；
[0018]2、与其他可验证的盲量子计算相比，本专利技术中的协议可以在噪声信道中进行；
[0019]3、本专利技术方案中Alice仅仅使用测量能力，没有扩大容错盲量子计算中Alice的量子能力，这将使得本专利技术具有较好的物理实现可行性。
附图说明
图1为协议流程示意图
具体实施方式
[0020]假设Alice为只有一部分量子能力(如单量子比特测量能力)的客户端，Bob为量子能力充足的服务器，Alice需要在Bob处制备出粒子|+θ
j
>＝|0>e
iθj
|1>和粒子|0>,|1>；以便Alice和Bob后续执行可验证的盲量子计算。并且在制备这些可用于验证的粒子过程中，Alice和Bob之间的量子通讯能够抵抗噪声。
[0021]为了完成上述任务，Bob准备Bell态：|φ>
12
＝(|0
L0B
>+|1
L1B
>)/√2其中粒子L和粒子B所拥有，粒子L被用相应噪声的量子纠错码编码，协议的具体步骤如下：
[0022]步骤1：Bob准备Bell态，并进行编码：|φ>
12
＝(|0
L0B
>+|1
L1B
〉)/√2，其中0
L
和1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用量子纠错码的容错盲量子计算方案，其特征在于，所述方案包括传输编码粒子，可验证的粒子制备和执行可验证的容错盲量子计算三个阶段；传输粒子阶段包括：服务器Bob制备出Bell态|φ>
12
＝(|00>+|11>)/√2；并利用相应噪声的量子逻辑比特对Bell态编码，得到然后将编码完成的粒子发送给Alice；可验证的粒子制备阶段包括：Alice在接收的粒子上执行基测量和|0>，|1>基测量(根据相应噪声的量子逻辑比特测量方式有所区别)，在Bob处制备出态和态|0>，|1>；执行可验证的盲量子计算阶段包括：Bob根据Alice的指示将这些粒子纠缠，构造一个图态|G>，它的定义如下：|G>＝CZ(i，j)Π
j＝1N
|+θ
j
>Π
j＝N+i
N+N
D
|Z
j
>，这里N为|+θ
j
>的粒子数，N
D
为|0>，|1>粒子数；然后Alice和Bob利用图态|G>执行可验证的盲量子计算。2.根据权利要求1所述的一种使用量子纠错码的容错盲量子计算方案，其特征在于，图态|G>中的粒子分别被称为computation qubit(计算粒子)，trap qubit(陷阱粒子)和dummy qubit(虚拟粒子)，其中，computation qubit和trap qubit为态dummy qubit为态|0>，|1>。3.根据权利要求1所述的一种使用量子纠错码的容错盲量子计算方案，其特征在于，Alice通过经典信道向Bob发送值δ
j
＝θ
j
′
+φ
j
+r
j
π+n
j
π；对computation qubit，θ
j
′
＝θ
j
，φ
j
取决于之前的测量结果和Alice的算法；对trap qubit，θ
j
′
＝θ
j
，φ
j
＝0；对dummy qubit，θ
j
′
随机从S＝{0，π/...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏明强，罗元茂，莫智文，杨振，吴光阳，严玉瞻，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：发明
国别省市：