[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

说明书

本发明公开了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，包括步骤：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；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。本发明仅利用最简单的线性光器件实现5粒子量子线性纠缠态的纠缠浓缩，且成功概率达到最大，过程简单，传输高质量，对量子信息、量子密码很多领域有很大的实用化价值。

技术领域

本发明涉及量子信息领域，特别涉及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。

背景技术

与经典物理理论不同，量子纠缠是属于量子世界真正的量子现象。对纠缠态的部分粒子的测量会影响其余粒子的状态。线性纠缠态是一种特殊的量子纠缠态，已广泛应用于量子信息和量子密码的各个领域，如量子纠错码、量子秘密分享、量子安全直接通信、量子密钥分发等。

已证明2粒子、3粒子线性纠缠态与Bell态、3粒子GHZ态等价，大于4粒子的线性纠缠态的纠缠维度较高，较难分析和实现5粒子线性纠缠态，且通常要将5粒子线性纠缠态通过量子信道发送给远程参与方，纠缠易受量子信道影响。而5粒子线性纠缠态在安全多方计算中应用较广。因此，行业内急需研发一种能实现5粒子线性纠缠态且能高质量传输5粒子量子线性纠缠态的纠缠浓缩方法或者协议。

发明内容

本发明技术解决的问题是：针对5粒子线性纠缠态易受量子信道影响的问题，利用线性光器件，提出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，该方法成功概率达到最大，具有较高的实用性和可扩展性。

本发明方案实现基于线性光器件的5粒子量子线性纠缠态的纠缠浓缩方法，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。

优选地，步骤S1具体如下：

S101、初始化：5个参与方构建一个量子多体系统；5个参与方分别为Alice、Bob、Charlie、Daniel和Ellen；量子多体系统的表达式如下：

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；

S102、制备量子态：参与方Alice制备5粒子量子线性纠缠态；

S103、传输量子态：参与方Alice将制备的5粒子量子线性纠缠态通过量子信道发送给Bob、Charlie、Daniel和Ellen，传输后的量子多体系统为：

|Ψ₁₂₃₄₅＝λ₀|HHVHV₁₂₃₄₅+λ₁|HHHVH₁₂₃₄₅+λ₂|VVHHV₁₂₃₄₅+λ₃|VVVVH₁₂₃₄₅；

其中，|λ₀|≤|λ_j|，且|λ₀λ₃|≤|λ₁λ₂|。