[发明专利]基于线性光器件的5粒子量子线性纠缠态的纠缠浓缩方法

权利要求书

1.一种基于线性光器件的5粒子量子线性纠缠态的纠缠浓缩方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1、纠缠态分发：5个参与方中一个参与方制备1个5粒子量子线性纠缠态，并将其中4个粒子通过量子信道发送给其余4个参与方，每个参与方拥有一个粒子；

步骤S2、纠缠态浓缩：根据量子信道特征，5个参与方中4个参与方对自己手中的粒子利用线性光器件执行局域操作；操作完成后，5个参与方共享原始5粒子量子线性纠缠态；

所述线性光器件包括：半波片HWP1₉₀、半波片HWP2₉₀、半波片HWP3₉₀、波片R₂、波片R₃、波片R₄、偏振分束器PBS₁、偏振分束器PBS₂、偏振分束器PBS₃、偏振分束器PBS₄、偏振分束器PBS₅、偏振分束器PBS₆、偏振分束器PBS₇、偏振分束器PBS₈；

半波片HWP2₉₀、偏振分束器PBS₁、波片R₂、偏振分束器PBS₂、偏振分束器PBS₃依次设置在同一水平光轴，且偏振分束器PBS₁的透射端朝向波片R₂、反射端连接偏振分束器PBS₃，偏振分束器PBS₂的反射端连接探测器D₁；

半波片HWP3₉₀、偏振分束器PBS₄、偏振分束器PBS₆依次设置在同一水平光轴，且偏振分束器PBS₄的透射端朝向偏振分束器PBS₆的输入端，偏振分束器PBS₄、波片R₃、偏振分束器PBS₅依次设置在同一竖直光轴，偏振分束器PBS₄的反射端朝向波片R₃，偏振分束器PBS₆的透射端和偏振分束器PBS₅的反射端垂直设置；

偏振分束器PBS₇、偏振分束器PBS₉依次设置在同一水平光轴，且偏振分束器PBS₇的透射端朝向偏振分束器PBS₉的输入端，偏振分束器PBS₇、波片R₄、偏振分束器PBS₈依次设置在同一竖直光轴，偏振分束器PBS₈的反射端和偏振分束器PBS₉的透射端竖直设置；

所述5个参与方分别为Alice、Bob、Charlie、Daniel和Ellen；

所述步骤S2具体如下：

S211、参与方Alice将自己手中的粒子通过半波片HWP1₉₀，则量子多体系统变为：

|Ψ¹₁₂₃₄₅＝λ₀|VHVHV₁₂₃₄₅+λ₁|VHHVH₁₂₃₄₅+λ₂|HVHHV₁₂₃₄₅+λ₃|HVVVH₁₂₃₄₅；

其中，下标12345分别表示5个粒子序号，|H、|V分别为水平偏振、竖直偏振；|λ₀|≤|λ_j|，且|λ₀λ₃|≤|λ₁λ₂|；

S212、参与方Bob将自己手中的粒子依次通过半波片HWP2₉₀、偏振分束器偏振分束器PBS₁，偏振分束器PBS₁输出的水平偏振经过波片R₂旋转角度θ₂，水平偏振再通过偏振分束器PBS₂后和偏振分束器PBS₁输出的竖直偏振均通过偏振分束器PBS₃，其中此时未归一化量子多体系统变为：

S213、参与方Charlie将自己手中的粒子依次通过半波片HWP3₉₀、偏振分束器PBS₄，偏振分束器PBS₄输出的竖直偏振经过波片R₃旋转角度θ₃后再通过偏振分束器PBS₅，最后偏振分束器PBS₄输出的竖直偏振和偏振分束器PBS₄输出的水平偏振在偏振分束器PBS₆汇合，其中此时未归一化量子多体系统变为：

S214、参与方Daniel将自己手中的粒子通过偏振分束器PBS₇，偏振分束器PBS₇输出的竖直偏振经过波片R₄旋转角度θ₄后，再通过偏振分束器PBS₈，最终PBS₇输出的竖直偏振和偏振分束器PBS₇输出的水平偏振在偏振分束器PBS₉汇合，其中此时未归一化量子多体系统变为：

|Ψ⁴₁₂₃₄₅＝λ₀|VVHHV₁₂₃₄₅-λ₀|VVVVH₁₂₃₄₅-λ₀|HHVHV₁₂₃₄₅+λ₀|HHHVH₁₂₃₄₅

S215、将量子多体系统|Ψ⁴₁₂₃₄₅归一化后，5个参与方以4|λ₀|²的概率恢复出|ψ₁₂₃₄₅。