[发明专利]基于量子网络编码的量子态远程制备模型、方法及装置

说明书

公开了基于量子网络编码的量子态远程制备模型、方法及装置。在步骤(1)‑(4)中，每个网络节点上的粒子通过相应的量子编码操作被纠缠到整个量子系统中。具体给出了每次纠缠后的量子态；在步骤(5)‑(9)中，通过执行相应的被称为解码操作的量子测量，将所有不必要的粒子从整个量子系统中解纠缠，而保留目标节点上的某些粒子。每次解纠缠后所产生的量子态也被具体地展示出。因此，经过所有的编码和解码步骤后，目标节点处形成的最终量子态与源节点处的初始源态完全相同。

技术领域

本发明涉及量子网络通信的技术领域，尤其涉及一种基于量子网络编码的量子态远程制备模型，方法，以及基于量子网络编码的量子态远程制备装置。

背景技术

2000年，量子态远程制备(RSP)首次被提出。RSP使得远程接收方能够借助纠缠资源和经典通信制备已知量子态。经过多年的发展，RSP已经在理论和应用方面取得了重大进展。在这些研究中，针对不同的目标量子态，如Bell态、GHZ态、W态、簇态等，提出了各种RSP方案。此外，针对确定性RSP、联合RSP和受控RSP等不同的实现技术，也提出了几种方案。

然而，随着量子通信的发展，在多用户量子通信需求的驱动下，点对点通信方式必然会向网络通信的方向发展。因此，量子网络上的RSP研究已成为一项有意义的任务。在量子网络通信中，量子网络编码(QNC)作为一种突破性技术，相比于传统路由技术有效提高了量子通信效率和量子网络吞吐量。自2006年Hayashi等人提出第一个QNC方案以来，近十年来，从理论到应用，陆续出现了一系列QNC方案。QNC允许中间节点对接收到的信息进行编码，最终目的节点可以通过解码恢复原始的未知量子状态。因此，有理由相信，如果将RSP和QNC结合起来，就可以有效地解决远程量子态的网络制备问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于量子网络编码的量子态远程制备模型及方法，其可以有效地提高通信效率，且更适用于大规模量子网络的场景。

本发明的技术方案是：这种基于量子网络编码的量子态远程制备模型，其包括：

(I)假设源节点s₁,...,s_k初始拥有任意k-量子比特的量子态，期望在目标节点t₁,...,t_k制备的任意k-量子比特的量子态为

其中振幅系数和相位系数均为实数，其中S_i(i∈{1,2,...k})表示源节点s_i所拥有的寄存器；

(II)假设源节点s₁,...,s_k和目标节点t₁,...,t_k最初共享一个2k-量子比特的纠缠GHZ态为

其中i∈{1,2,...,k}，每个源节点s_i拥有一个量子寄存器S_i′，每个目标节点t_i拥有一个量子寄存器T_i′；

(III)整个量子系统现在变成

根据k对量子网络N中RSP的任务，只知道源节点s₁,...,s_k上量子态的系数，最终需要在目标节点t₁,...,t_k上制备所需的k-量子比特的量子。

还提供了基于量子网络编码的量子态远程制备模型的方法，该方法应用在量子网络通信中，包括以下步骤：