[发明专利]基于远程制备量子态的网络编码方法

摘要

本发明给出公开了一种基于远程制备量子态的网络编码方法，包含步骤：(1)构建蝶形网络模型，两个源节点与目的节点预先共享纠缠GHZ态作为量子信道；(2)根据待制备的已知单比特态或者两比特态信息，源节点对手中的粒子实施相应的测量，将测量信息传输给中间节点；(3)中间节点进行网络编码操作，将来自两个源节点的测量信息进行封装，把封装后的测量信息同时传送给两个目的节点；(4)目的节点利用辅助信息进行解码，根据解码后的信息，实行对应的幺正操作，最终制备得到目标单比特态或者目标两比特态。源节点和目的节点共享GHZ信道，没有直接经典信道通信，利用中间节点进行网络编码，最终为目的节点远程制备出已知量子态，并有效地减少过程中资源开销。

主权项

1.一种基于远程制备量子态的网络编码方法，其特征在于，包括：构建蝶形网络模型，两个源节点预先与对应的目的节点共享纠缠态GHZ态作为量子信道；根据待制备的已知态，源节点选择合适的测量基，对手中的粒子实施相应测量，将测量信息对应成经典信息，传输给中间节点；中间节点借助网络编码封装来自源节点的信息，把封装后的信息同时传送给两个目的节点；目的节点利用辅助信息对编码后消息进行解码，根据解码结果实行对应的幺正操作，最终完成相应的已知单比特态或者两比特态的交叉制备；所述的任意单比特态的制备具体包括：步骤1：构建蝶形网络模型，其中，A1和A2为源节点，M1和M2为中间节点，B1和B2为目的节点，目标实现A₁→B₁,A₂→B₂的交叉态制备，源节点A1和目的节点B1以及源节点A2和目的节点B2分别共享一对最大纠缠GHZ态作为信道，节点A1拥有粒子A_1,1A_1,2，节点A2拥有A_2,1A_2,2,目的节点B1、B2分别拥有粒子B₁、B₂，要实现从源节点A1到目的节点B1制备得到目标单比特态从源节点A2到目的节点B2制备得到目标单比特态这里a_j,b_j与θ_k,都是实数，而且θ₀＝0,这里a_j,b_j与θ_k,都是实数，而且θ₀＝0,步骤2：源节点A1根据待制备目标态|ζ1>的信息，选择合适的测量基，对粒子A1,1A1,2进行联合测量，测量后粒子B1的状态会坍缩为制备态|ζ1>的等价态，根据测量结果与操作之间的对应关系，源节点A1将测量结果对应成经典信息X1，将X1作为辅助消息，通过经典信道Q1发送给目的节点B2，同时源节点A1将信息X1通过经典信道Q2传输给中间节点M1；源节点A2根据待制备目标态|ζ2>的信息，选择合适的测量基，对粒子A2,1A2,2进行联合测量，测量后粒子B2的状态会坍缩为制备态|ζ2>的等价态，根据测量结果与操作之间的对应关系，源节点A2将测量结果对应成经典信息X2，通过经典信道Q4发送给目的节点B1，同时将信息X2作为辅助消息，通过经典信道Q3传输给中间节点M1；步骤3：中间节点M1对接收到的信息X1和X2进行编码处理，得到编码后的消息通过经典信道Q5将R传输给中间节点M2，中间节点M2再分别通过经典信道Q6、Q7同时将R传输给两个目的节点B2、B1；步骤4：目的节点B1根据编码消息R和辅助消息X2对应的经典信息进行解码操作，得到X1，选用U(X1)对应的Pauli算子对接收的粒子实施幺正操作，目的节点B2根据编码消息R和辅助消息X1，进行解码得到X2，选用U(X2)对应的Pauli算子对接收的粒子实施幺正操作，则目的节点B1、B2分别无差错地制备出目标单比特态|ζ1>和|ζ2>；所述的任意单比特态的制备，所述的步骤2中，选定如下测量基GHZ态写为(1)当测量结果是|μ₀>时，粒子A_1,2和B₁构成的系统状态为然后源节点A1对粒子A_1,2进行联合正交集测量，当测量结果为则粒子B1状态为a₀|0>+a₁e^iθ|1>；当测量结果为则粒子B1状态为a₀|0>‑a₁e^iθ|1>；(2)测量结果是|μ₁>，坍缩态为源节点A1对粒子A_1,2选择联合正交集合进行测量，当测量结果为则粒子B1状态为a₁e^iθ|0>‑a₀|1>；当测量结果为则粒子B1状态为a₁e^iθ|0>+a₀|1>；源节点A2根据待制备的目标量子态|ζ2>，对粒子A2,1进行测量，选定如下测量基，因为GHZ态写为(1)若测量结果为|η₀>，系统坍缩为对于坍缩态源节点A2对粒子A_2,2进行联合正交集测量，忽略全局因子，以下均相同，则写为当测量结果为则粒子B1状态为当测量结果为则粒子B1状态为(2)若测量结果为|η₁>，系统坍缩为源节点A2对粒子A_2,2选择联合正交集合进行测量，当测量结果为则粒子B1状态为当测量结果为则粒子B1状态为所述的任意两比特态的制备具体包括：步骤1：构建蝶形网络模型，其中，A1和A2为源节点，M1和M2为中间节点，B1和B2为目的节点，目标实现A1→B1,A2→B2的交叉态制备，源节点A1与目的节点B1以及源节点A2与目的节点B2分别共享两对最大纠缠GHZ态作为信道，节点A1拥有粒子A_1,1、A_1,2、A_1,3和A_1,4,节点B1拥有粒子B_1,1B_1,2，节点A2拥有粒子A_2,1A_2,2A_2,3A_2,4,节点B2拥有B_2,1B_2,2,要实现从源节点A1到目的节点B1制备得到任意两比特态|ψ₁>＝a₀|00>+a₁e^iθ1|01>+a₂e^iθ2|10>+a₃e^iθ3|11>，从源节点A2到目的节点B2制备得到任意两比特态这里a_j,b_j与θ_k,都是实数，而且θ₀＝0,步骤2：源节点A1根据待制备的目标两比特态|ψ1>，依次对自己手中的粒子A1,1A1,3和A1,2A1,4选择对应的联合正交集合进行测量和幺正操作，测量后粒子B1,1和B1,2的状态会坍缩为目标制备态|ψ1>的等价态，根据测量结果与操作之间的对应关系，源节点A1将测量结果对应在同一个经典信息n1中；源节点A1将信息n1通过经典信道Q2传输给中间节点M1；同时将n1作为辅助信息通过经典信道Q1发送给目的节点B2；源节点A2根据待制备的目标两比特态|ψ2>，依次对自己手中的粒子A2,1A2,3和A2,2A2,4选择对应的联合正交集合进行测量，测量后粒子B2,1和B2,2的状态会坍缩为目标制备态|ψ2>的等价态，根据测量结果与操作之间的对应关系，源节点A2将测量结果对应在同一个经典信息n2中；将n2通过经典信道Q3传输给中间节点M1；同时将n2作为辅助信息通过经典信道Q4发送给目的节点B1；步骤3：中间节点M1对接收到的信息进行编码处理得到通过经典信道Q5传输给中间节点M2，然后中间节点M2将接收的信息分别通过经典信道Q6、Q7同时传输给目的节点B2、B1；步骤4：目的节点B1根据辅助信息n2，对R进行解码，恢复得到n1，选用U(n1)对应的Pauli算子对接收的粒子实施相应的幺正操作，则目的节点B1无差错地制备出目标两比特态|ψ1>；目的节点B2根据辅助信息n1，对R进行解码，恢复得到n2，选用U(n2)对应的Pauli算子对接收的粒子实施相应的幺正操作，则目的节点B2无差错地制备出目标两比特态|ψ2>；所述的任意两比特态的制备，所述的步骤2中，源节点A1对粒子A1,1A1,3进行测量，选择对应联合测量正交集合{|ν0>,|ν1>,|ν2>,|ν3>}，系统写为(i)当测量结果时，系统坍缩为此时，源节点A1对粒子A_1,2和A_1,4选择如下联合正交集合测量，忽略全局因子，则得到测量结束，粒子B_1,1和B_1,2的状态为目标态的等价态，当测量结果为时，只要对坍缩态实施操作，粒子B_1,1和B_1,2的状态即可变成|ψ₁>；(ii)如果测量结果为和坍缩态分别为此时源节点A1对粒子A1,2和A1,4分别选择如下对应的三组联合正交集合K1,K2和K3进行联合测量，当测量完成后，粒子B1,1B1,2的状态即为目标两比特态的等价态，借助单比特幺正变换，把该等价态转换为目标两比特态；源节点A2根据目标量子态，对粒子A2,1A2,3进行测量，选择对应的联合正交集合{|α0>,|α1>,|α2>,|α3>}，(1)当测量结果是则对于坍缩态，源节点A2对粒子A₂,₂和A_2,4选择如下联合正交集合ω₀测量，忽略全局因子，A2,2,A2,4,B2,1和B2,2的状态写为：测量结束，粒子B_2,1和B_2,2的状态均为目标态的等价态；(i)当测量结果为时，只要对坍缩态实施操作，粒子B_2,1和B_2,2的状态即可变成|ψ₂>；(ii)如果测量结果为和时，粒子A2,2,A2,4,B2,1和B2,2的坍缩态分别为此时，源节点A2对粒子A2,2和A2,4选择如下对应的联合正交集合ω1,ω2和ω3测量，当测量完成后，粒子B2,1B2,2的状态即为目标两比特态的等价态，借助单比特幺正变换，把该等价态转换为目标两比特态。