[發(fā)明專利]基于最大糾纏Bell態(tài)實(shí)現(xiàn)cluster態(tài)的遠(yuǎn)距離擴(kuò)展方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910137573.1
• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN109861751B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹凌云;姜敏;孫兵;黃旭;周劉蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/70
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 郭磊

本發(fā)明公開了一種基于最大糾纏Bell態(tài)實(shí)現(xiàn)cluster態(tài)的遠(yuǎn)距離擴(kuò)展方法。中心節(jié)點(diǎn)Alice通過中間節(jié)點(diǎn)的協(xié)助使得邊緣節(jié)點(diǎn)Charlie_t(t＝1,2,3,4)實(shí)現(xiàn)cluster態(tài)的遠(yuǎn)距離延伸。包括：(1)構(gòu)建距離擴(kuò)展路徑：中心節(jié)點(diǎn)Alice持有一組部分糾纏的cluster態(tài)|C〉₁₂₃₄，傳輸路徑上，中心節(jié)點(diǎn)Alice與邊緣節(jié)點(diǎn)Charlie_t(t＝1,2,3,4)與中間節(jié)點(diǎn)之間均彼此兩兩互聯(lián)，彼此之間共享一個(gè)最大糾纏Bell態(tài)。本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明中間節(jié)點(diǎn)的測量結(jié)果可同時(shí)傳送，因此本發(fā)明提高了信息傳輸?shù)男誓軌驖M足構(gòu)建復(fù)雜量子通信網(wǎng)絡(luò)的要求。2、本發(fā)明采用的所有測量方式為Bell基測量以及單比特測量，極大地減少了具體操作難度。3、本發(fā)明擴(kuò)展了通信距離，使得不直接共享量子糾纏對的邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)量子通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于最大糾纏Bell態(tài)實(shí)現(xiàn)cluster態(tài)的遠(yuǎn)距離擴(kuò)展方法。

背景技術(shù)

量子信息學(xué)，具有量子特性又具有傳統(tǒng)的經(jīng)典信息科學(xué)的特點(diǎn)，是量子力學(xué)和傳統(tǒng)經(jīng)典信息學(xué)的結(jié)合學(xué)科，是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)應(yīng)用于經(jīng)典信息科學(xué)中的一門新的學(xué)科。量子理論的思想雖然被提出已經(jīng)有一百多年了，但是對于信息在量子力學(xué)上的應(yīng)用卻只有幾十年的時(shí)間，量子信息發(fā)展時(shí)間雖然不長，但是發(fā)展極快。量子信息學(xué)不同于經(jīng)典信息學(xué)，我們在對信息進(jìn)行量子化的處理過程中，由于量子特性，使得量子態(tài)具有糾纏性，不可克隆性以及疊加性，這樣在傳送信息時(shí)，使得信息所攜帶的容量以及安全性都打破了以往經(jīng)典信息傳送中的極限。由于量子信息學(xué)所具有的這種空前優(yōu)勢，使得量子信息學(xué)無論在理論還是實(shí)驗(yàn)上都具有巨大突破，為信息的傳送開辟了一條新的道路，擁有了一種新的方式。隨后，量子信息學(xué)成為人們研究的熱點(diǎn)[1-5]。量子信息學(xué)的研究方向包含量子密碼技術(shù)，量子計(jì)算，量子通信，量子測量等方面。其中，作為量子信息學(xué)的重要分支，量子通信主要包括量子隱形傳態(tài)，量子密碼通信，量子密集編碼等。

量子糾纏在量子通信中，是一個(gè)不可或缺的物理資源。量子糾纏是存在于量子理論中的多粒子體系和多自由度體系中的，它的獨(dú)特之處在于，一個(gè)子系統(tǒng)無法脫離其它系統(tǒng)而獨(dú)立測量，也就是說，如果對糾纏態(tài)中的一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行測量，那么其它子系統(tǒng)也會受到測量的影響而發(fā)生變化。舉例說明，如果存在兩個(gè)速率相同，但是運(yùn)動反方向相反的電子，將其中的一個(gè)電子使其運(yùn)動到南極，另外一個(gè)電子使其運(yùn)動到北極，兩個(gè)電子即使相隔甚遠(yuǎn)，但是依舊保持著一定的關(guān)聯(lián)性。正是這樣的性質(zhì)，在1935年，Einstein，Podolsky，Rosen等人對量子力學(xué)的完備性提出質(zhì)疑，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，人將這個(gè)實(shí)驗(yàn)成為EPR佯謬，首先涉及到了量子糾纏，此實(shí)驗(yàn)陰差陽錯(cuò)的驗(yàn)證的量子糾纏的非局域關(guān)聯(lián)性。而在同年，提出了“糾纏態(tài)”。若量子態(tài)具有糾纏特性，我們就稱之為“糾纏態(tài)”。糾纏態(tài)不僅可以是純態(tài)也可以是混合態(tài)。

近幾年，已經(jīng)有多種糾纏態(tài)作為量子信道用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子態(tài)制備.例如,Bell態(tài)和GHZ(Greenberger–Home–Zeilinger)態(tài)[6],Brown態(tài)[7],W態(tài)[8]等.由于當(dāng)系統(tǒng)處于最大糾纏態(tài)下的二粒子或者三粒子體系時(shí)，團(tuán)簇態(tài)，GHZ態(tài)，Bell態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化，但是若處于三粒子以上的量子態(tài)時(shí)，GHZ態(tài)和團(tuán)簇態(tài)就不能相互轉(zhuǎn)化了，此時(shí)的團(tuán)簇態(tài)具有GHZ態(tài)和W態(tài)的特性[9]，且已經(jīng)被證明比GHZ態(tài)有更強(qiáng)的抵御消相干的能力[10]，最大連通性和持續(xù)糾纏性。自Briegel在2001年首次提出團(tuán)簇態(tài)[11]以來,便被廣泛應(yīng)用于量子通信中.目前,物理學(xué)者們在理論和實(shí)驗(yàn)上都對團(tuán)簇態(tài)展開了廣泛地研究,并取得了顯著的成果.文獻(xiàn)[12]成功實(shí)現(xiàn)了四光子團(tuán)簇態(tài)的制備,并證明了一維量子計(jì)算的可行性；文獻(xiàn)[13]提出了在腔量子電動力學(xué)和離子阱系統(tǒng)中制備四比特團(tuán)簇態(tài)；在文獻(xiàn)[20]中，提出利用4個(gè)EPR對作為量子信道遠(yuǎn)程制備4粒子團(tuán)簇態(tài)的方案；文獻(xiàn)[21]提出利用一個(gè)EPR對與2個(gè)3粒子GHz態(tài)聯(lián)合作為量子信道實(shí)現(xiàn)4粒子團(tuán)簇態(tài)的遠(yuǎn)程制備方案。由于Cluster態(tài)在量子信息領(lǐng)域的重要地位，因此對Cluster態(tài)的研究也就具有了重要意義。

參考文獻(xiàn)