[发明专利]一种量子纠缠验证系统及方法

说明书

本发明提供了一种量子纠缠验证系统及方法。其中的系统包括：n个待测的量子系统、n个测试装置和纠缠验证装置；测试装置中包括：随机数生成器、制备器和联合测量器；随机数生成器产生一个随机数；制备器根据随机数制备对应的量子态；联合测量器对所接收的量子态以及对应的待测量子系统的量子态进行联合测量，得到对应的测量结果；纠缠验证装置根据各个量子态以及测量结果，得到所有测试装置的联合概率分布；根据联合概率分布设置一个多自由度参数并进行优化；根据联合概率分布和优化后的多自由度参数，计算得到优化后的纠缠验证结果。应用本发明可以保证最终得到的纠缠验证结果不依赖于测量设备的完美性，从而保证了纠缠验证结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域，尤其涉及一种量子纠缠验证系统及方法。

背景技术

随着量子信息技术的快速发展以及应用，操控小规模的量子状态已经成为可能。在现有技术中的经典状态中，信息一般编码在经典比特上，例如，经典编码方式一般是0和1。而量子的信息编码则是使用量子的叠加形式，例如，量子叠加态a|0＞+b|1＞。这种量子的叠加形式在经典物理中是不存在的。利用这种叠加的方式，可以对量子信息进行操控，从而实现经典无法完成的任务，例如量子通讯和量子计算等。

对于一个量子过程，一般需要制备多个系统的量子态。对于多个量子系统，系统之间往往存在着量子纠缠。在大多数的量子协议中，例如量子通讯和量子计算中的很多协议，量子纠缠起到了关键性的作用。因此，如何验证一个量子态是否纠缠是决定量子协议是否成功的关键。所以，验证量子纠缠成为了一般量子协议的首要验证步骤。

然而，在现有技术中的一般的纠缠验证方法中，需要假设测量是完美的。但是在实际过程中，往往由于仪器的不完美性，导致测量并不完美，进而可能错误地判断量子态纠缠的状态。对于一个没有纠缠的量子态，如果纠缠验证成为有纠缠，那么纠缠验证的步骤就发生了错误。在实际过程中，由于仪器的不完美往往会导致这样的错误是不可避免的。因此可知，在实际应用过程中，现有技术中已有的纠缠验证方法可能会由于实验仪器的不完美而存在一定的漏洞。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种量子纠缠验证系统及方法，因此在对多个待测量子系统之间的纠缠进行测量和纠缠验证时，可以保证最终得到的纠缠验证结果不依赖于测量设备的完美性，从而保证了纠缠验证结果的可靠性。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种量子纠缠验证系统，该系统包括：n个待测量子系统、n个测试装置和纠缠验证装置；其中，n为大于或等于2的整数；

所述n个待测量子系统与n个测试装置一一对应连接；

每个测试装置中包括：随机数生成器、制备器和联合测量器；

所述随机数生成器，用于产生一个随机数并发送给制备器；

所述制备器，用于根据所接收的随机数制备对应的量子态并发送给联合测量器；

所述联合测量器，用于对所接收的量子态以及对应的待测量子系统的量子态进行联合测量，并得到对应的测量结果；将所属测试装置制备的量子态和测量结果发送给纠缠验证装置；

所述纠缠验证装置，用于根据各个测试装置制备的各个量子态以及各个测量结果，得到所有测试装置的联合概率分布；根据所述联合概率分布设置一个多自由度参数，并对该多自由度参数进行优化，得到优化后的多自由度参数；根据所述联合概率分布和优化后的多自由度参数，计算得到所述n个待测量子系统的量子态的优化后的纠缠验证结果。

较佳的，所述纠缠验证装置还进一步包括：联合概率分布计算器、多自由度参数优化器和纠缠验证器；

所述联合概率分布计算器，用于根据各个测试装置制备的各个量子态以及各个测量结果，得到所有测试装置的联合概率分布；