[发明专利]基于单原子操作的多方联合远程制备量子态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及量子信息及通信网络领域，更具体地说，本发明涉及一种基于单原子操作的多方联合远程制备量子态的方法。

背景技术

量子通信是近年来兴起的一种新型通信方式。通过将信息编码于具有量子特性的物理系统，利用系统状态的量子特性，例如量子纠缠、测量塌缩、量子态不可克隆等，使得量子通信过程较经典通信更加的安全，高效，抗干扰。随着对量子通信网络研究的深入，人们陆续提出了各种量子通信方法以解决信息的传输、信息的加密、秘钥的分发、秘密共享等通信问题。

假设在某些信息处理过程之后，例如，在一次量子秘密共享之后，描述一个秘密量子比特内容的经典信息被拆分并分布于量子网络的不同节点。也就是说，每一个节点只掌握了秘密量子比特态的一部分信息；没有任何一个节点拥有这个秘密量子比特的全部的信息，可以独立地恢复秘密量子比特的信息。现在的问题是如何能够在一个新的节点重建秘密信息。为此，现有技术中提出了多方联合远程制备量子态的方法。这些方法分别利用了不同的量子纠缠态作为量子信息的传输通道，完成对不同类型的量子比特态的联合远程制备任务。

但是，这些研究工作仅仅从数学的层面提出了对量子比特态进行多方联合远程制备的方法，而没有针对具体的物理系统提出在实践中具有可操作性的方案。而且，少数的研究者提出来的实验方案都是以单光子作为信息的载体，而单光子在实际的操作中往往很容易受到环境的影响并湮灭。

目前对于联合远程制备量子态的方法研究，几乎都没有针对具体物理系统进行讨论，没有考虑在实际的物理世界中如何实现这一过程，也没有对其是否具有可执行性的问题进行探讨。屈指可数的物理方案，主要是在光子系统进行探讨。虽然光子传输速度快，但是消相干时间短，在实际的物理环境中容易湮灭。并且，远程制备量子态的过程中并不需要将信息的载体进行传输，而是要对信息的载体进行适当的操作。由此可见，光子系统并不是完成联合远程制备量子态的理想物理系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，从实际的可操作性出发，提出一个以两能级原子作为信息的载体，利用单个两能级原子与经典电磁场之间的相互作用，通过三原子W型纠缠态作为量子信息的传输信道，完成有两位发送者和一位接收者参与的，对秘密单量子比特态的远程制备的方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于单原子操作的多方联合远程制备量子态的方法，其中使两位发送者远程协助一位接收者恢复秘密单原子量子比特态：

|φ>＝α|g>+β|e>；

其中|g>,|e>分别表示两能级原子的基态和激发态，参数α,β为实数，且满足条件α²+β²＝1；而且参数α,β描述了秘密量子比特的所有信息，秘密量子比特的所有信息被拆分为两个部分，分别被两位发送者所拥有。

优选地，第一发送者拥有的信息为{α₁，β₁},第二发送者拥有的信息为{α₂，β₂}；两位发送者和一位接收者之间共享一个由三个两能级原子组成的W型量子纠缠态

|ψ>13(|gge>+|geg>+|egg>)1,2,3,]]>

其中第一原子属于第一发送者，第二原子属于第二发送者，第三原子属于接收者。

优选地，两位发送者分别与接收者之间建立了量子通信信道和经典通信信道。

优选地，两位发送者之间是没有通信联系的。

优选地，所述方法包括下述步骤：