[發明專利]基于量子糾纏和最小二乘法的計算機編碼方法

有效

• 申請號: 201710541311.2
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107332628B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 劉嘉輝;董強;宋大華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/85;H04L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于量子糾纏和最小二乘法的計算機編碼的信息傳輸方法，包括：發送端和接收端共同遵守的一組約束條件，每一個二進制信息位被表示成量子糾纏形式，相鄰的二進制信息位處于量子糾纏態，發送端依據量子糾纏對需要傳遞的二進制信息進行編碼，發送端根據需要采用一對一，一對多的形式進行傳輸，接收端依據約束條件進行測量和解碼，實現信息位正確的判斷。本發明通過量子糾纏原理實現計算機的二進制信息的編碼，克服了在實際的測量中量子糾纏的脆弱性對量子編碼和量子計算等的影響。本發明通過最小二乘法確定二進制信息的位置關系，通過概率統計方法優化了量子糾纏條件的判斷，能夠滿足量子計算和量子編碼中二進制信息傳輸的基本要求。

技術領域

本發明涉及量子計算和計算機信息編碼技術領域，尤其涉及一種基于量子糾纏和最小二乘法的計算機編碼方法。

背景技術

量子（Quantum）是現代物理的重要概念，是能表現出某物質或物理量特性的基本單元。最早是由德國物理學家M.Planck在1900年提出的。量子主要表現微觀物理世界的特點，與牛頓的經典物理有著很大的不同。量子力學經過A.Einstein、N.Bohr、L.de Broglie、W.Heisenberg、 E.Schr?dinger、P.Dirac、M.Born等人的不斷完善，在20世紀的前半期初步建立了完整的量子力學理論。

量子糾纏（Quantum Entanglement）是一種量子力學現象，從理論上定義，其描述為具有兩個或者兩個以上的成員復合系統的一類特殊的量子態，此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積（Tensor Product）。通俗地說，量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成的系統，雖然粒子在空間上可能分開，但是卻存在著相互影響的現象。

量子力學理論和量子計算等領域不斷的發展，為現代信息技術的發展提供了有力的保障。1951年，D.Bohm在《量子理論》中重新表述了EPR思想，用兩個自旋分量代替原來的坐標和動量，為進一步研究，特別是實驗檢驗奠定了基礎。1952年，D.Bohm在《物理學評論》上連續發表兩篇文章，提出了量子力學的隱變量解釋。2000年，美國國家標準局在離子阱系統上實現了四離子的糾纏態。2005年，美國國家標準局和奧地利因斯布魯克小組分別宣布實現了六個和八個離子的糾纏態。2016年12月，中國科學技術大學潘建偉團隊通過兩種不同的方法制備了綜合性能最優的糾纏光子源，首次成功實現“十光子糾纏”，刷新了光子糾纏態制備的世界紀錄。2017年6月15日，著名雜志《科學》以封面論文的形式，報道了中國“墨子號”量子衛星首次實現上千公里量子糾纏的消息，相較于此前144公里的最高量子傳輸距離紀錄，這次跨越意味著量子通信在實用道路上又向前邁進了關鍵一步。

量子糾纏是量子隱形傳輸、量子密鑰分配、量子計算等研究的科學基礎。然而，諸多實際因素的影響，例如：受實驗條件限制和不可避免的環境噪聲的影響，制備出來的糾纏態并非都是最大糾纏態。使用這種糾纏態進行量子通信和量子計算將會導致信息失真。因此，提高實際的量子糾纏態到接近純糾纏態是量子信息研究中的重要研究問題。

量子糾纏的應用包括：量子通訊應用于量子態隱形傳輸。量子糾纏可以實現量子保密通訊，達到目前理論上最安全的信息安全傳輸。量子計算應用于量子計算機，但是需要解決以下主要問題：量子算法、量子編碼、實現量子計算的物理體系等。

隨著近年在量子研究領域獲得的突破性成果，量子計算機的研究也進一步發展。R.Feynman在模擬量子現象的研究中遇到了計算數據量變得異常巨大的問題；于是，產生用量子系統構成計算機來模擬量子現象的思想，那么運算時間會降低很多。

20世紀八十年代，量子計算機的研究主要停留在理論研究階段。直到20世紀九十年代，貝爾實驗室的P.Shor證明量子計算機能完成對數運算和量子質因子分解算法，而該算法對廣泛使用的RSA加密算法構成嚴重威脅，加速了量子計算機的發展進程。