[发明专利]一种基于光量子态制备系统的光量子双向远程制备方法

说明书

本发明涉及量子通信技术领域，具体为一种基于光量子态制备系统的光量子双向远程制备方法。本方法根据已知所需制备的光量子态参数对信号源提供的发送光子、控制光子进行分束、旋转操作得到光子叠加态，再从光子叠加态中分离出所需的光量子态，然后由量子态测量模块对光子执行X基测量或Z基测量，待到接收光子经相位翻转门后状态坍缩到与相位翻转门所接收的X基测量结果相对应的状态，再由相位翻转门根据接收的X基测量结果与接收光子状态的对应关系选择对接收光子执行相应的局域幺正操作，最终制得可双向传输的光子量子态。本发明的量子信息为双向传输，因此远程制备光量子态的效率更高，从而有效提高了远程量子通信的效率。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体为一种基于光量子态制备系统的光量子双向远程制备方法。

背景技术

量子通信以量子态为信息载体进行信息传输与处理，用量子力学基本原理来保障通信的安全，根据基于预先共享纠缠粒子非定域相关性原理，量子离物传态可以完成任意量子态的离物传送。由于光量子态具有传输速度快、传播距离远等优点，因此光量子态是远程量子通信的理想信息载体。

从量子信息传输方式上看，绝大部分远程量子通信技术方案都是单向传输即量子信息由发送方传输给接收方，这种方式的缺点就是远程制备光量子态效率低下，从而导致远程量子通信效率较低，造成这种局面的原因主要是现行的光量子态可控远程制备协议都是以多光子最大纠缠态为量子纠缠信道，基于非最大纠缠信道的光量子态双向可控远程制备协议极少，因此现有的量子操控技术无法实现非最大纠缠信道下的光量子态远程制备所需的多光子操控。在当前的量子通信学术领域，关于光量子计算方法的研究很多，例如中国科学技术大学博士学位论文《光量子计算及其算法实现》，作者：蔡昕东，时间：2015年5月，这类研究都是只有光量子的详细算法，但无具体的制备系统来实现光量子的双向传输，因此通信行业内亟需一种新型的光量子态制备方法来实现光量子态双向远程制备，以提高远程量子通信效率。

发明内容

针对上述问题，本发明一种基于光量子态制备系统的光量子双向远程制备方法，先通过极化分束器对两粒发送光子和一粒控制光子的不同极化状态进行分束，然后通过玻片结合已知所需制备的量子态信息对分束后的光子极化状态进行旋转操作，旋转操作后再次对发送光子和控制光子的极化状态进行分束，并通过极化分束器保留满足制备条件的光量子状态，再由量子态测量模块对发送光子和控制光子执行X基测量，最后由相位翻转门依据X基测量结果与接收光子塌缩状态的相应关系对两粒接收光子执行相应的局域幺正操作，完成所需的光量子态制备，实现光量子态的双向同时传输，因此制备光量子态的效率更高，从而显著提高远程量子通信效率，有效解决了上述问题。

本发明采用的技术方案是：

一种基于光量子态制备系统的光量子双向远程制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：设定光量子态制备系统所需制备的任意2个光量子态：第一光量子态和第二光量子态，所述第一光量子态、第二光量子态；

步骤2：从信号源获取到的5光子分别设定为第一发送光子1、第一接收光子2、控制光子3、第二接收光子4、第二发送光子5，所述光量子态制备系统将第一发送光子1发送至光量子态制备系统的第一极化分束器PBS1，第二发送光子5发送至光量子态制备系统的第五极化分束器PBS3，控制光子3发送至光量子态制备系统的第五极化分束器PBS5；

其中5光子纠缠态为：

，式中系数、、、

满足以下条件：

，，，；

步骤3：光量子态制备系统的第一极化分束器PBS1对步骤（2）得到的第一发

送光子1进行第一次分束，形成光路a₀和光路a₁，其中光路a₀的光子极化状态被光量子态制备系统的第一玻片旋转角度：