[发明专利]量子噪声下的多自由度的隐形传态传输效率的估算方法

说明书

本发明公开了量子噪声下的多自由度的隐形传态传输效率的估算方法，包括具体步骤如下，将噪声干扰到通信过程中，描述不同类型噪声的噪声产生算符，构建偏振空间超纠缠量子隐形传态，构建量子噪声模型，计算噪声下的量子保真度，利用平均保真度衡量量子隐形传态效率。本发明利用超算符求和的方法，将四种常见的量子噪声叠加作用于量子比特上，通过在量子隐形传态的过程中考虑三种不同光子受噪声影响的情况建立噪声模型，由于空间纠缠不易受噪声影响，默认空间自由度上的量子处于为最大纠缠状态，主要考虑偏振纠缠受噪声影响的情况，重新定义平均保真度，根据具体情况，选择合适的量子态来确保量子隐形传态达到最佳效率。

技术领域

本发明涉及量子隐形传态领域，特别涉及量子噪声下的多自由度的隐形传态传输效率的估算方法。

背景技术

自1997年，奥地利科学家首次成功地实现基于纠缠的量子隐形传态后，量子隐形传态又先后在包括冷原子、离子阱、超导等诸多物理系统中得以实现，早期关于量子隐形传态的研究都是在理想环境中进行的，纠缠资源都是量子系统中的最大纠缠态,对输入态完成完美的量子隐形传态,即输入态与输出态完全相同，保真度达到最大值1。但是，实际的量子隐形传态过程中，量子系统不可能与外界环境完全隔绝，会遭受许多外界因素的影响，其中最主要的包括大气吸收和散射、大气湍流、背景辐射以及量子噪声等，这些影响会使量子的相干性遭到破坏，也即量子噪声过程。通常情况下，量子噪声是来自于光场的量子特性，量子噪声是不能够实现完全消除的，量子噪声在量子隐形传态的过程中，理想情况下的量子隐形传态遭受量子噪声之后它的量子信道通常会由最大纠缠信道退化成非最大纠缠信道，甚至变成混合态量子信道。物理系统与噪声环境相耦合后，会加速量子退相干的不断增长。与此同时，与相干性具有强依赖关系的量子纠缠，也会出现纠缠衰减的过程、甚至纠缠突然死亡，纠缠资源不一定是最大纠缠态,对于量子纠缠保真度产生很大的影响，影响隐形传态的效率。所以,在实际的量子通信过程中，要想利用隐形传态实现通信,必须考虑信道中的衰减和噪声。

目前，大多数实验实现都只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包波长、动量、自旋和轨道角动量等等。这些研究工作都基于单一自由度和局域噪声环境，忽略了多自由度特性与几种量子噪声共同影响下的纠缠演化特征、噪声特征、纠缠测度特征，实际的量子隐形传态过程中需要大量的量子信息资源，不能满足远距离量子隐形传态的要求，而且也会降低信道容量。研究量子噪声对于超纠缠的量子隐形传态的保真度的影响，采用公认的保真度和平均保真度两个指标进行量子隐形传态效率的评估，为提高传输效率提供思路，改善现有的研究局限性。

通过解决量子主方程的方式，利用量子跳变算符作为构造不同的局域独立的量子噪声，分析了噪声作用于在量子隐形传态的贝尔态测量、接收方进行幺正变换和量子信道等不同过程中，平均保真度的变化以及量子的安全效率，发现当单个噪声作用于量子信道时，平均保真度总是高于1/2。这种方法虽然能够计算出噪声下的保真度，但是该方法仍然存在不足，并未考虑常见的几种量子噪声对于隐形传态保真度的影响，导致保真度的计算不够精确。

比特翻转噪声、相位翻转噪声、去极化噪声、幅值阻尼噪声这四种噪声作用于量子隐形传态的不同粒子上的量子隐形传态效率情况，文中主要通过噪声得噪声产生算符，作用于不同粒子的密度矩阵上，最后叠加求和，充分考虑遭受噪声干扰后量子比特发生变化的实际概率，重新定义了噪声下的平均保真度，分析不同噪声对于量子隐形传态效率的影响。但是该方法仍然存在不足，该方法只是研究了单一自由度上的量子隐形传态，并未扩展到单光子多自由度上，存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供量子噪声下的多自由度的隐形传态传输效率的估算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：量子噪声下的多自由度的隐形传态传输效率的估算方法，具体步骤如下：

S1：将噪声干扰到通信过程中；

S2：描述不同类型噪声的噪声产生算符；