未知任意二粒子的雙向受控量子隱形傳態(tài)的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及量子通信技術領域，具體涉及一種未知任意二粒子的雙向受控量子隱 形傳態(tài)的方法。
【背景技術】
[0002] 量子通信是在經典信息論和量子力學的基礎上發(fā)展起來的通信技術。其利用量子 糾纏效應采用單光子加載和傳輸信息，由于量子態(tài)具有疊加性、不可克隆和測不準等特性， 因此，與傳統(tǒng)通信技術相比，量子通信具有傳輸容量大、保密性強等特點，其在軍事、國防、 信息安全等領域擁有廣闊的應用前景。近年來，量子通信技術逐漸成熟，具有實用意義的量 子通信產品已經開始產業(yè)應用。
[0003] 和經典通信技術相比，量子通信具有兩個通信信道，經典信道和量子信道。量子態(tài) 信息的傳輸叫量子隱形傳態(tài)（Quantumteleportation)，它是指發(fā)送方Alice和接收方Bob 以共享的量子糾纏態(tài)作為量子信道，通過局域操作，并借助于經典信道和經典通信，發(fā)送方 Alice將未知量子態(tài)傳送給接收方Bob，從而實現(xiàn)量子信息的傳輸。具體說，接收方Bob和 發(fā)送方Alice首先要擁有一對共享的EPR對（即BELL態(tài)），共享的EPR對和信息載體粒子 共同構成量子通信聯(lián)合系統(tǒng)，發(fā)送方Alice將它擁有的一半EPR對和信息載體粒子進行聯(lián) 合BELL測量，并將測量結果通過經典信道傳送給接收方Bob，接收方Bob所擁有的一半EPR 對在瞬間塌陷為另一狀態(tài)，也即塌陷態(tài)，接收方Bob在接收到的BELL測量結果的基礎上對 自己所擁有的另一半EPR對做相應幺正變換，即可恢復信息載體粒子的量子態(tài)，從而構造 出原量子態(tài)的全貌。由于量子態(tài)具有不可克隆和測不準特性，要構造出原量子態(tài)的全貌具 有較高的難度，因此，目前的量子信息主要采用單向單線程的傳遞模式。
[0004] 洪智慧，聶義友，易小杰，李富松于2007年在江西師范大學學報發(fā)表的"四粒子團 簇態(tài)的量子隱形傳態(tài)"一文中公開以四粒子最大糾纏態(tài)為量子信道，發(fā)送方Alice將一個未 知粒子態(tài)借助量子信道傳送到接收方Bob的過程，接收方Bob施行64種局部酉變換可重新 構建未知二粒子的原始態(tài)。但該方案未知單粒子的粒子態(tài)傳遞為單向單線程傳遞，所承載 的量子信息較少，信息傳輸效率較低，同時該方案的量子信道假定為最大糾纏態(tài)下的量子 信道，文中并沒有公開量子信道為非最大糾纏態(tài)下的執(zhí)行效果和針對量子信道非最大糾纏 態(tài)下的技術方案。
[0005] 李翠翠，聶義友，桑明煌于2012年在江西師范大學學報發(fā)表的"基于6粒子糾纏態(tài) 的未知單粒子態(tài)量子信息共享"一文中公開了一個單粒子未知態(tài)的量子信息共享方案，其 中，發(fā)送方Alice、接收方Bob、監(jiān)督方Charlie共享一個6粒子糾纏態(tài)，也即以一個6粒子 糾纏態(tài)為量子信道，粒子1、2、3和6分配給發(fā)送方Alice，粒子4分配給監(jiān)督方Charlie，粒 子5分配給接收方Bob ;發(fā)送方Alice要把一個未知單粒子A的粒子態(tài)傳送給接收方Bob， 首先，Alice將粒子A和粒子1在Bell基下進行Bell測量，對粒子2、3和6在{0，1}基下 做單粒子測量，Alice將測量結果通過經典信道告訴接收方Bob和監(jiān)督方Charlie;測量后， 監(jiān)督方Charlie的粒子4, Bob的粒子5瞬間塌陷為另一態(tài)，在該塌陷態(tài)下，監(jiān)督方Charlie 對自己的粒子4進行測量，并將測量結果通過經典信道告訴接收方Bob。接收方Bob根據(jù) 發(fā)送方Alice和監(jiān)督方Charlie的測量結果對自己手中的粒子5做適當?shù)拿凑儞Q，即可 重建未知單粒子A的原始量子態(tài)，從而實現(xiàn)了量子信息共享。顯然，上述量子態(tài)的傳遞為 單向單線程傳遞，且需要發(fā)送方Alice、接收方Bob、監(jiān)督方Charlie三方配合才能實現(xiàn)未知 單粒子A的原始量子態(tài)的重新構建，接收方Bob和監(jiān)督方Charlie任何一方僅靠自己均不 能獲得未知單粒子A的原始量子態(tài)，只有在另一方的幫助下，才能重建未知單粒子A的量子 態(tài)。同時，僅在實現(xiàn)未知單粒子A量子態(tài)的傳遞和量子態(tài)重新構建的目標下，發(fā)送方Alice 既要進行未知單粒子A和粒子1在Bell基下的Bell測量，同時還要對對粒子2、3和6在 {〇，1}基下做單粒子測量，粒子測量的工作量較大，相應，后續(xù)過程中，Bob對自己手中的粒 子5做么正變換的工作量也會增大很多。該方案未知單粒子的粒子態(tài)傳遞為單向單線程傳 遞，所承載的量子信息較少，信息傳輸效率較低，同時該方案的量子信道假定為最大糾纏態(tài) 下的量子信道，文中并沒有公開量子信道為非最大糾纏態(tài)下的執(zhí)行效果和針對量子信道非 最大糾纏態(tài)下的技術方案。
[0006] 肖仕敏于2012年在江西師范大學學報發(fā)表的"基于五粒子糾纏態(tài)的隱形傳態(tài)和 信息分離"一文中公開了一個基于五粒子團簇態(tài)的量子隱形傳態(tài)方案，其中，發(fā)送方Alice、 接收方Bob共享一個五粒子團簇態(tài)，也即以一個五粒子團簇態(tài)為量子信道，發(fā)送方Alice對 其擁有的粒子和任意未知二粒子做一次五粒子von-Neumann聯(lián)合測量，并將測量結果通過 經典信道傳遞給接收方Bob，接收方在接收到的測量結果的基礎上對自己擁有的粒子做相 應的么正變換，從而重建任意未知二粒子的原始態(tài)。上述方案中沒有涉及監(jiān)督方Charlie， 雖然實現(xiàn)任意二粒子隱形傳態(tài)，但只是在一個五粒子團簇態(tài)下實現(xiàn)任意二粒子的粒子態(tài)的 單向單線程，顯然未知二粒子的粒子態(tài)的單向單傳遞，所承載的量子信息較少，信息傳輸效 率較低。上述方案無法實現(xiàn)粒子態(tài)的雙向傳遞。文中還公開了一種以五粒子糾纏態(tài)為量子 信道實現(xiàn)對任意未知二粒子任意態(tài)的信息分離方案，發(fā)送方Alice，監(jiān)督方Charlie和接收 方Bob共享一個五粒子糾纏態(tài)，也即以一個五粒子糾纏態(tài)為量子信道，發(fā)送方Alice將擁有 的粒子和任意未知二粒子在Bell基下進行聯(lián)合Bell測量，Alice將測量結果通過經典信 道傳遞給接收方Bob，監(jiān)督方Charlie對其擁有的粒子執(zhí)行單粒子測量，并將測量結果通過 經典信道傳遞給接收方Bob，接收方Bob根據(jù)收到的發(fā)送方Alice和監(jiān)督方Charlie的測量 結果，對自己擁有的粒子做么正變換，從而重新構建任意未知二粒子的原始態(tài)。但是該方案 以一個五粒子團簇態(tài)作為量子信道，實現(xiàn)任意未知二粒子的粒子態(tài)的單向單傳遞，所承載 的量子信息較少，信息傳輸效率較低，同時該方案的量子信道假定為最大糾纏態(tài)下的量子 信道，文中并沒有公開量子信道為非最大糾纏態(tài)下的執(zhí)行效果和針對量子信道非最大糾纏 態(tài)下的技術方案。
[0007] 上述量子糾纏（quantumentanglement)，其用于定義兩個以上粒子構成的量子 系統(tǒng)的特殊量子態(tài)，這種特殊量子態(tài)無法分解為成員系統(tǒng)各自量子態(tài)之張量積。糾纏態(tài) 作為一種物理資源，在量子信息的各方面，如量子隱形傳態(tài)、量子密鑰分配、量子計算等 都起著重要作用。團族態(tài)（clusterstates)是 R.Raussendorf 和 H.J.Briegel 于 2001 年提出的一種新糾纏態(tài)，其具有最大連通性（MaximumConnectedness)和持續(xù)糾纏性 (Thepersistencyofentanglement)，且在粒子數(shù)N>3時，才能顯示出其團簇態(tài)的性質。
[0008] 實際應用中，量子通信存在種種不可避免的環(huán)境噪聲，制備出來的糾纏態(tài)并非都 是最大糾纏態(tài)，同時量子糾纏態(tài)的品質受環(huán)境的消相干作用也會退化成為混合態(tài)，混合糾 纏態(tài)進行量子通信和量子計算將會導致信息失真，因此量子通信目前只能停留在短距離應 用。
[0009] 綜上所述，現(xiàn)有技術中的量子隱形傳態(tài)，主要假定量子信道處于最大糾纏態(tài)情況 下，發(fā)送方A1 ice將未知粒子的粒子態(tài)單向單線程傳遞給接收方Bob，接受方通過么正變換 恢復信息載體粒子的量子態(tài)，目前的技術方案存在承載的量子信息較少，信息傳輸效率較 低的技術問題，同時，現(xiàn)有技術的團簇態(tài)的量子信道，由于存在種種不可避免的環(huán)境噪聲， 量子糾纏態(tài)的品質會隨著傳送距離的增加而逐漸降低，也即實際應用中的量子信道為非最 大糾纏態(tài)，導致以最大糾纏態(tài)為量子信道假定的現(xiàn)有技術方案只能停留在短距離應用，無 法應用到遠距離量子信息傳輸?shù)募夹g問題。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能實現(xiàn)量子信息雙向傳遞的未知任意二 粒子的雙向受控量子隱形傳態(tài)的方法，從而進一步提高量子隱