[发明专利]一种多跳传输二粒子纠缠态的方法

说明书

技术领域

本发明属于量子通信领域，具体涉及一种多跳传输二粒子纠缠态的方法，利用二粒子部分纠缠态和最大W态作为量子纠缠信道，实现二粒子纠缠态在距离较远的两节点之间的多跳传输。

背景技术

量子信息是近年来热门的科学研究领域，通常包括量子计算和量子通信。在量子通信中，量子隐形传态是一种至关重要并广为应用的方法。量子通信利用量子态作为载体传输信息，是一种全新的通信方式，存在着巨大的应用前景。近些年来，研究者们已将研究范围从简单的单粒子隐形传态扩展到多粒子的隐形传态，从最大纠缠态扩展到部分纠缠态。在量子通信网络中，通常存在两种信道，即量子信道和经典无线信道。量子态借助纠缠粒子对以隐形传态的方式在自由空间中传输量子信息。网络中的经典信息，比如测量结果则通过经典无线信道传递。

同时，由于在量子通信网络中，有一个十分重要的量子隐形传态的问题需要解决，即：源节点无法实现与量子通信网络中的其他所有目的节点享有纠缠的资源，为了实现相距较远的两节点之间的量子传态，引入多个中间节点，且每对相邻节点共享一对纠缠源，以此建立起了源节点至目的节点之间的量子路径。因此，实现多个节点间的量子多跳传输方案具有重要的意义。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种多跳传输二粒子纠缠态的方法，不仅可以提供安全、可靠地量子信息的传递，而且通过引入辅助粒子提高了二粒子纠缠态在量子通信网络多个节点间传输成功的概率。

技术方案：为了实现上述目的，本发明中多跳传输二粒子纠缠态的方法，包括以下步骤：

(1)在源节点和目的节点之间引入中间节点，自源节点至目的节点，任意相邻两节点共享一对二粒子部分纠缠态和一对最大W态，构建量子纠缠信道；

(2)源节点沿着中间节点依次传输二粒子纠缠态直至目的节点。

具体地，步骤(2)中源节点沿着中间节点依次传输二粒子纠缠态直至目的节点，包括以下内容：

除了目的节点，对每一个节点，对该节点处其中一个待传输粒子态与最大W态的粒子进行Bell基测量，对另一个待传输粒子态与二粒子部分纠缠态的粒子进行Bell基测量；所述最大W态的粒子指的是与该节点的下一节点处粒子构成最大W态的粒子，所述二粒子部分纠缠态的粒子指的是与该节点的下一节点处粒子构成二粒子部分纠缠态的粒子；

在该节点的下一节点处，选择与上一节点处粒子构成最大W态的一个粒子进行状态测量，并根据状态测量结果判断上一跳粒子态是否传输成功，若存在成功的概率，则依据上一跳的Bell基测量结果选取相应的泡利矩阵对本节点待传输的两粒子进行状态变换；所述本节点待传输的两粒子中的一个为与上一节点处粒子构成最大W态的另一个粒子，另一个为与上一节点处粒子构成二粒子部分纠缠态的粒子；

对于目的节点，状态变换后待传输的两粒子的状态则为目的节点处的二粒子纠缠态。

更具体地，若粒子状态测量结果为|1〉，则不存在传输成功的概率；若粒子状态测量结果为|0〉，则存在传输成功的概率。

当二粒子纠缠态传输到目的节点，存在二粒子传输尚未成功的情况，因此，本发明方法还进一步通过在目的节点处引入辅助粒子，对尚未传输成功的二粒子纠缠态进行恢复操作，具体为：根据除目的节点之外其余各节点的Bell基测量结果选择适当的幺正变换U，利用目的节点处的二粒子纠缠态对源节点处传输的二粒子纠缠态进行恢复。

更进一步地，若辅助粒子的状态为|1〉时，则无法恢复源节点处传输的二粒子纠缠态；若辅助粒子的状态为|0>时，则成功恢复源节点处传输的二粒子纠缠态。

有益效果：本发明中的多跳传输二粒子纠缠态的方法，通过引入中间节点实现二粒子纠缠态在量子通信网络中相距较远的两节点之间的隐形传态，可以提供安全、可靠地量子信息的传递；进一步，通过在目的节点引入辅助粒子并利用幺正变换成功恢复出所要传输的二粒态，提高了二粒子纠缠态在多个节点间传输成功的概率。

附图说明

图1为本发明的多跳传输模型图；

图2为节点数为3时的多跳传输模型图；

图3为节点数为3时的多跳量子传输线路图。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明作更进一步的说明。