[发明专利]一种基于七比特量子信道的三方通信方法

说明书

本发明公开了一种基于七比特量子信道的三方通信方法，在第四方Duke控制下，Alice为Bob隐形传送单比特量子态，Bob为Charlie远程制备单比特量子态，Charlie通过量子编码技术，将经典信息发送给Alice。三方传送的信息形式包括已知量子态、未知量子态以及经典信息等三种。本发明采用的七比特量子信道可以同时完成量子态隐形传输、远程量子态制备和量子密集编码，从而有效地提高了信道利用率。

技术领域

本发明涉及一种基于量子信道的通信方法，具体涉及一种基于七比特量子态的三方通信方法。

背景技术

量子通信是量子信息学中重要的研究领域。量子通信理论是1993年由美国IBM的研究人员提出的。在量子通信中，除了需要传统的经典信道外，更为主要的还需要建立通信各方之间的量子信道。所谓量子信道实际上就是通信各方之间的量子纠缠。量子纠缠是一种有用的信息“资源”，在量子通信和量子计算中都起着关键作用。量子纠缠现象在通讯中的应用使量子信息学已经发展成为内容丰富的新学科。

量子隐形传输是量子信息理论的重要组成部分。目前世界上已有许多实验机构成功地进行了隐形传输的实验。

量子密集编码是量子信息学的另一个重要分支。1992年，在文献C.H.Bennett，S.J.Wiesner，Communication via one And two particle operators on Einstein—Podolsky-Rosen states，Phys Rev.Lett.，1992，69(20)：2881—2884中，基于量子纠缠态的非定域空间特性，提出了用一个光子传递两比特信息的量子方法一一量子密集编码。量子密集编码利用量子信道可以加速经典信息的传输，而且具有保密性强的优点。在文献HaoJ C,Li C F,Guo G C.Controlled dense coding using the Greenberger-Horne-Zeilinger state.Physical Review A,63(63)(2001)中提出了控制量子稠密编码，该方案通过控制量子纠缠度来控制传输的信息量。目前，量子密集编码己经由原来的两方之间通信推广到多方之间；由发送者Hilbert空间为二维情形推广到任意维情形。

考虑到如果通信方式是双向的可以传递更多的信息，信道利用率自然更高，因此有学者提出了双向量子隐形传态，通信双方可以同时隐形传输量子信息。文献Choudhury BS,Dhara A.A bidirectional teleportation protocol for arbitrary two-qubitstate under the supervision of a third party.Int.J.Theor.Phys.55(4)(2016)2275-2285.中公开了在控制方同意的情况下双方才可以进行量子态隐形传输的方案，提高了安全性。文献Wang X Y,Mo Z W.Bidirectional Controlled Joint Remote StatePreparation via a Seven-Qubit Entangled State[J].International Journal ofTheoretical Physics,2017,56(4):1-7.证明了利用七粒子纠缠态可以实现不对称双向控制的确定性的远程态制备，也就是说，在控制方Charlie的帮助下，Alice可以远程地为Bob制备任意单粒子量子态，同时Bob可以为Alice远程制备任意双粒子量子态。文献Wu H,ZhaX W,Yang Y Q.Controlled Bidirectional Hybrid of Remote State Preparation andQuantum Teleportation via Seven-Qubit Entangled State[J].InternationalJournal of Theoretical Physics,2018,57(1):28-35.提出了一种在控制方的帮助下，利用七比特纠缠态实现联合远程态制备的同时实现受控量子隐形传态。即，在控制方的帮助下，Alice希望将一个任意的单量子态传送到Bob，而同时Bob希望为Alice远程制备已知的量子态。