[发明专利]基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码方法

说明书

本发明提供一种基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码的信息传输方法，包括：发送端和接收端共同遵守的一组约束条件，每一个二进制信息位被表示成量子纠缠形式，相邻的二进制信息位处于量子纠缠态，发送端依据量子纠缠对需要传递的二进制信息进行编码，发送端根据需要采用一对一，一对多的形式进行传输，接收端依据约束条件进行测量和解码，实现信息位正确的判断。本发明通过量子纠缠原理实现计算机的二进制信息的编码，克服了在实际的测量中量子纠缠的脆弱性对量子编码和量子计算等的影响。本发明通过最小二乘法确定二进制信息的位置关系，通过概率统计方法优化了量子纠缠条件的判断，能够满足量子计算和量子编码中二进制信息传输的基本要求。

技术领域

本发明涉及量子计算和计算机信息编码技术领域，尤其涉及一种基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码方法。

背景技术

量子（Quantum）是现代物理的重要概念，是能表现出某物质或物理量特性的基本单元。最早是由德国物理学家M.Planck在1900年提出的。量子主要表现微观物理世界的特点，与牛顿的经典物理有着很大的不同。量子力学经过A.Einstein、N.Bohr、L.de Broglie、W.Heisenberg、 E.Schrödinger、P.Dirac、M.Born等人的不断完善，在20世纪的前半期初步建立了完整的量子力学理论。

量子纠缠（Quantum Entanglement）是一种量子力学现象，从理论上定义，其描述为具有两个或者两个以上的成员复合系统的一类特殊的量子态，此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积（Tensor Product）。通俗地说，量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成的系统，虽然粒子在空间上可能分开，但是却存在着相互影响的现象。

量子力学理论和量子计算等领域不断的发展，为现代信息技术的发展提供了有力的保障。1951年，D.Bohm在《量子理论》中重新表述了EPR思想，用两个自旋分量代替原来的坐标和动量，为进一步研究，特别是实验检验奠定了基础。1952年，D.Bohm在《物理学评论》上连续发表两篇文章，提出了量子力学的隐变量解释。2000年，美国国家标准局在离子阱系统上实现了四离子的纠缠态。2005年，美国国家标准局和奥地利因斯布鲁克小组分别宣布实现了六个和八个离子的纠缠态。2016年12月，中国科学技术大学潘建伟团队通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源，首次成功实现“十光子纠缠”，刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。2017年6月15日，著名杂志《科学》以封面论文的形式，报道了中国“墨子号”量子卫星首次实现上千公里量子纠缠的消息，相较于此前144公里的最高量子传输距离纪录，这次跨越意味着量子通信在实用道路上又向前迈进了关键一步。

量子纠缠是量子隐形传输、量子密钥分配、量子计算等研究的科学基础。然而，诸多实际因素的影响，例如：受实验条件限制和不可避免的环境噪声的影响，制备出来的纠缠态并非都是最大纠缠态。使用这种纠缠态进行量子通信和量子计算将会导致信息失真。因此，提高实际的量子纠缠态到接近纯纠缠态是量子信息研究中的重要研究问题。

量子纠缠的应用包括：量子通讯应用于量子态隐形传输。量子纠缠可以实现量子保密通讯，达到目前理论上最安全的信息安全传输。量子计算应用于量子计算机，但是需要解决以下主要问题：量子算法、量子编码、实现量子计算的物理体系等。

随着近年在量子研究领域获得的突破性成果，量子计算机的研究也进一步发展。R.Feynman在模拟量子现象的研究中遇到了计算数据量变得异常巨大的问题；于是，产生用量子系统构成计算机来模拟量子现象的思想，那么运算时间会降低很多。

20世纪八十年代，量子计算机的研究主要停留在理论研究阶段。直到20世纪九十年代，贝尔实验室的P.Shor证明量子计算机能完成对数运算和量子质因子分解算法，而该算法对广泛使用的RSA加密算法构成严重威胁，加速了量子计算机的发展进程。