[发明专利]一种普适和有效的量子抗消相干方法和技术

说明书

技术领域

本技术领域涉及量子信息方面包括量子通信(卫星)、量子网络和量子计算机量子抗消相干方面的软件基础和框架。 

背景技术

以量子计算机和量子通信为代表的量子信息技术正在全世界迅速发展。2011年5月加拿大量子计算公司D-Wave正式发布了全球第一款商用型量子计算机“D-Wave One”已经建成。它采用了128-qubit(量子比特)的处理器，四倍于之前的原型机，理论运算速度已经远远超越现有任何超级电子计算机。另一方面，近几年来中科大研究人员在实用化量子通信方面取得了重大进展，已在在合肥建成了世界上首个光量子电话网，通过商业光纤网络，多个用户之间可以通过真正安全、不怕任何窃听的量子电话来进行通信。这标志着绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活，第一次真正展现了它的实用价值。他们研制成功量子电话样机，并在商业光纤网络的基础上，组建了可自由扩充的光量子电话网，节点间距达到20公里，实现了一次一密加密方式的实时网络通话和3方对讲机功能，真正实现了电话一拨即通、语音实时加密、安全和牢不可破的量子保密电话，成果日前发表在《光学快递》上。这是我国科学家继自由空间量子纠缠分发、绝对安全距离大于100公里的量子保密通信之后，在实用化量子通信领域取得的又一国际领先的研究成果。不久前中科院院长白春礼中科院计划在未来十年发射五颗科学卫星，包括量子通讯卫星。量子信息的时代离我们越来越近。 

然而在实际中，实现量子计算机和量子网络的最大障碍之一是一种称之为“量子消相干”的过程。可以说，量子计算机，量子网络之所以现在还无法实现和实用，是因为还没有很好的办法完全克服量子消（或退）相干。近来的国内外文献中出现一种显著的理论—退消相干（Decoherence-Free）子空间和子系统（简称DF子空间）理论，其基本思想是：尽管量子信息工作的整个空间仍然服从于量子退相干规律，但是可以在某些合理的近似下构造出一些子空间（系统），在这些子空间中没有退相干，称之为DF子空间，因而在DF子空间中量子计算的表达仍然成立，不会由于总体系存在量子消相干而产生误差 (P. Zanardi and M. Rasetti, 1997; P. Zanardi, 2001; D. Giulini, E. Joos, C. Kiefer, J. Kupsch, I. -O. Stamatescu and H. D. Zeh, 1996; A. Barenco, A. Berthiaume, D. Deutsch, at el, 1997; L. M. Duan, and G. C. Guo, 1997; D. A. Lidar, I. L. Chuang and K. B. Whaley, 1999-2009)。但是，如果不引入某种近似，是不可能构造成功的DF子空间或子系统的 (D. A. Lidar, and K. B. Whaley, in Irreversible quantum dynamics, edited by F. Benatti and R. Floreanini, Leture Notes in Physics 622, 83 (Springer, Berlin, 2003))。至今为止，所有的DF子空间或子系统都是近似的。并且这些近似性在实际中还很难具有普适性。此外，就世界范围来讲，所有其它的控制消相干过程的方法和技术也都不成熟，不能有效地解决问题。可以说量子信息技术发展的这个主要障碍还没有克服。这是一个世界难题。因此，建立一个有效的实用的和普适抗消相干方法和技术，对于量子信息技术的发展具有非常重要的实际意义。 

发明内容

为了克服现有的量子信息系统的量子消相干问题，近几年以来，本专利申请者提出了一个一般实用的方案来消除量子消相干，所用的方法是新颖普适的。关键性的发现是发现了抗量子消相干的子动力学空间，及建立之上的三角内积规则，它们两者的组合可以普适地解决量子消相干的问题。