[發明專利]一種量子糾纏驗證系統及方法

在審

• 申請號: 201810262107.1
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108304938A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 馬雄峰;袁驍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06N99/00
• 分類號: G06N99/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳攀;王琦

本發明提供了一種量子糾纏驗證系統及方法。其中的系統包括：n個待測的量子系統、n個測試裝置和糾纏驗證裝置；測試裝置中包括：隨機數生成器、制備器和聯合測量器；隨機數生成器產生一個隨機數；制備器根據隨機數制備對應的量子態；聯合測量器對所接收的量子態以及對應的待測量子系統的量子態進行聯合測量，得到對應的測量結果；糾纏驗證裝置根據各個量子態以及測量結果，得到所有測試裝置的聯合概率分布；根據聯合概率分布設置一個多自由度參數并進行優化；根據聯合概率分布和優化后的多自由度參數，計算得到優化后的糾纏驗證結果。應用本發明可以保證最終得到的糾纏驗證結果不依賴于測量設備的完美性，從而保證了糾纏驗證結果的可靠性。

技術領域

本發明涉及量子信息技術領域，尤其涉及一種量子糾纏驗證系統及方法。

背景技術

隨著量子信息技術的快速發展以及應用，操控小規模的量子狀態已經成為可能。在現有技術中的經典狀態中，信息一般編碼在經典比特上，例如，經典編碼方式一般是0和1。而量子的信息編碼則是使用量子的疊加形式，例如，量子疊加態a|0＞+b|1＞。這種量子的疊加形式在經典物理中是不存在的。利用這種疊加的方式，可以對量子信息進行操控，從而實現經典無法完成的任務，例如量子通訊和量子計算等。

對于一個量子過程，一般需要制備多個系統的量子態。對于多個量子系統，系統之間往往存在著量子糾纏。在大多數的量子協議中，例如量子通訊和量子計算中的很多協議，量子糾纏起到了關鍵性的作用。因此，如何驗證一個量子態是否糾纏是決定量子協議是否成功的關鍵。所以，驗證量子糾纏成為了一般量子協議的首要驗證步驟。

然而，在現有技術中的一般的糾纏驗證方法中，需要假設測量是完美的。但是在實際過程中，往往由于儀器的不完美性，導致測量并不完美，進而可能錯誤地判斷量子態糾纏的狀態。對于一個沒有糾纏的量子態，如果糾纏驗證成為有糾纏，那么糾纏驗證的步驟就發生了錯誤。在實際過程中，由于儀器的不完美往往會導致這樣的錯誤是不可避免的。因此可知，在實際應用過程中，現有技術中已有的糾纏驗證方法可能會由于實驗儀器的不完美而存在一定的漏洞。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種量子糾纏驗證系統及方法，因此在對多個待測量子系統之間的糾纏進行測量和糾纏驗證時，可以保證最終得到的糾纏驗證結果不依賴于測量設備的完美性，從而保證了糾纏驗證結果的可靠性。

本發明的技術方案具體是這樣實現的：

一種量子糾纏驗證系統，該系統包括：n個待測量子系統、n個測試裝置和糾纏驗證裝置；其中，n為大于或等于2的整數；

所述n個待測量子系統與n個測試裝置一一對應連接；

每個測試裝置中包括：隨機數生成器、制備器和聯合測量器；

所述隨機數生成器，用于產生一個隨機數并發送給制備器；

所述制備器，用于根據所接收的隨機數制備對應的量子態并發送給聯合測量器；

所述聯合測量器，用于對所接收的量子態以及對應的待測量子系統的量子態進行聯合測量，并得到對應的測量結果；將所屬測試裝置制備的量子態和測量結果發送給糾纏驗證裝置；

所述糾纏驗證裝置，用于根據各個測試裝置制備的各個量子態以及各個測量結果，得到所有測試裝置的聯合概率分布；根據所述聯合概率分布設置一個多自由度參數，并對該多自由度參數進行優化，得到優化后的多自由度參數；根據所述聯合概率分布和優化后的多自由度參數，計算得到所述n個待測量子系統的量子態的優化后的糾纏驗證結果。

較佳的，所述糾纏驗證裝置還進一步包括：聯合概率分布計算器、多自由度參數優化器和糾纏驗證器；

所述聯合概率分布計算器，用于根據各個測試裝置制備的各個量子態以及各個測量結果，得到所有測試裝置的聯合概率分布；