一种基于非最大纠缠团簇态的多跳无损隐形传态方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114978349A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210414321.0(22)申请日2022.04.20(71)申请人苏州大学地址215000江苏省苏州市十梓街1号(72)发明人李宗一汪澳刘芹丁祎姜敏陈虹黄旭孙兵(74)专利代理机构苏州圆融专利代理事务所(普通合伙)32417专利代理师张浩(51)Int.Cl.H04B10/70(2013.01)H04L9/08(2006.01)权利要求书7页说明书14页附图2页(54)发明名称一种基于非最大纠缠团簇态的多跳无损隐形传态方法(57)摘要本发明公开了一种基于非最大纠缠团簇态的多跳无损隐形传态方法，涉及一种在量子传输路径中，相邻节点之间共享一个四比特非最大纠缠团簇态，Alice和Bob之间没有直接共享的纠缠态，需要借助与中间若干个节点的帮助，通过并行纠缠交换和巧妙地构造矩阵形成在发送方和接收方之间共享的直接纠缠团簇态信道，大大降低了计算复杂度和资源消耗，同时本发明还引入了辅助粒子来执行复杂的高维量子操作通过各个通信节点协同合作完成信息传送。本方法能够在隐形传态失败的情况下保留传送的原始未知态信息，降低了发送方和接收方的技术要求。CN114978349ACN114978349A权利要求书1/7页1.一种基于非最大纠缠团簇态的多跳无损隐形传态方法，其特征在于，包括：发送方Alice和接收方Bob之间共享K+1(K＞0)个两维非最大纠缠团簇态，非最大纠缠四比特团簇态具体形式如下式中系数是实数并满足归一化条件即并且Alice拥有粒子t1,t2,Bob拥有粒子中间节点Relayi(i＝1,2,3,…,K)拥有粒子为实现一个未知两比特量子态的无损隐形传送，首先Alice、中间节点Relayi和Bob需要形成直接的纠缠信道；无损隐形传送过程分为以下步骤：步骤1：目的是形成直接纠缠信道，系统中完整的团簇态纠缠信道可以表示为让所有中间节点Relayi(i＝1,2,3,…,K)对所持有的粒子对和分别执行标准Bell态测量，每对粒子Bell态测量能得到四种测量结果，即|00>12，|01>12，|10>12，|11>12；然后将所有测量结果通过经典信道通知Alice，Alice根据中间节点的测量结果，对所持有的粒子和粒子执行相应的幺正操作，幺正操作可以表示为矩阵形式，如(1‑4)所示，式中s的取值范围为s＝{1,2}执行完上述幺正操作和从式1‑4可以得知，Alice与Bob之间成功建立了直接纠缠信道，直接纠缠信道由粒子坍缩为2CN114978349A权利要求书2/7页为便于分析，简化表达，本文重新定义系数以及相关粒子的书写方式为并且粒子此时直接纠缠信道可以简单的表示为然后Alice对粒子A1和A2执行CZ门操作，发送方和接收方就形成了直接纠缠信道，CZ门和团簇态信道可以表示为：假设发送方Alice想要传送一个未知的两比特态，该未知两比特态表示为其中α，β，μ和ν是未知参数并且满足归一化条件|α|2+|β|2+|μ|2+|ν|2＝1；此时由粒子t1t2A1A2B1和B2组成的整个系统表示为发送方与接收方就形成了直接纠缠信道，为了实现两比特信息的无损传送，Alice与Bob需要执行如下操作；步骤2：Alice对粒子对(t1，A1)和(t2，A2)分别执行Bell态测量，然后一共得出16种测量结果，将测量结果之一通知接收方；3CN114978349A权利要求书3/7页步骤3：接下来，Bob通过引入辅助粒子e来完成信道调制，辅助粒子的状态为|0>，对粒子e和粒子B1执行如下的信道调制操作：因为上述16种测量结果会得到四种不同形式的系数，式中的取值范围x1x2＝{0,1}代表着不同的状态；执行完信道调制后，对辅助粒子e执行单粒子测量，如果测量结果为|0>e，则Bob根据测量结果执行步骤4，即可成功地接收未知量子态信息，如果测量结果为|1>e，则隐形传送失败，发送方只需要执行步骤4’就可以恢复未知量子态的信息，减少量子资源的浪费；步骤4：如果辅助粒子的测量结果为|0>e，Alice会将持有粒子的测量结果告诉Bob，Bob根据Alice的测量结果实施幺正操作Bob执行完幺正操作后，粒子B1B2将会坍缩为接着Bob让持有的粒子B1B2通过CZ门，最终Bob成功接收未知量子态信息，即步骤4’：如果辅助粒子的测量结果为|1>e，则隐形传送失败，Bob不能够接收未知量子态信息，为了最大化利用量子信息，发送方需要执行相应的幺正操作，就可以保留未知量子‑1‑1态；接着Alice对粒子t1和粒子t2执行H，然后对粒子t2A2和粒子t1A1执行CNOT。2.根据权利要求1所述的基于非最大纠缠团簇态的多跳无损隐形传态方法，其特征在于，步骤1中