[发明专利]噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法

权利要求书

1.噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、对量子信息进行初始化处理；

S1.1、假设量子通信双方共享一对纠缠的粒子，并且双方都能进行正常的通信；

S1.2、用N个量子比特编码，给定一个离散概率分布运用迭代法制备量子态即等价于给定满足归一化条件的单点集{x＝(x₀，…，x_N-1)，x_q...0}，并采用边际概率记作

S1.3、采用一个单比特门进行制备的操作；

S1.4、运用迭代法制备

S1.5、量子态制备成功后，将量子态映射到六边形晶格中；

S2、对初始化后的量子信息进行传输，并测量量子信息是否产生错误；

S3、采用SEMION对出现错误的量子信息进行修正；

S3.1、对于被噪声影响而产生错误的量子信息，使用整个希尔伯特空间可对易的SEMION修正码对其进行修正；步骤如下：

整个希尔伯特空间可对易的SEMION修正码的算法为：在整个希尔伯特空间中，方格算子的广泛适用性通过变换得到B′_P，B′_P＝B_P×β_P，其中β_P为相位因子，B′_P使用非平凡相位因子表示为满足条件，因此B′_P是满足整个希尔伯特空间的方格算子且具有对易性；

S3.2、当量子位的信息出现错误后，可通过使用相邻的方格算子修正信息；

S4、对量子信息进行解码和修正，并将六边形晶格还原成正方形形式；

S4.1、采用深度Q网络算法来训练解码器，并采用经验回放技术，对量子信息进行解码；

S4.2、实验模拟解码器，将SEMION的六边形晶格通过转化映射成8*8的正方形形式；

S5、对量子信息的安全性进行分析。

2.根据权利要求1所述的噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，其特征在于：所述S1.4中，运用迭代法制备的具体算法流程包括：首先令表示条件概率，在步骤S1.3的基础上加一个寄存器，用来存储条件概率为的其中，视为以f为黑箱的操作；再增加一个寄存器，受控θ_q的操作，得到|ψ₂的振幅消息，即之后将θ_q擦除，这步操作的量子比特数量与执行时间及存储θ_q相同，得到|ψ₂，运用迭代法，由|ψ_k得到|ψ_k+1，最终得到即目标量子态|ψ。

3.根据权利要求1所述的噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，其特征在于：所述S2中，对量子信息进行传输时，将量子态映射在定义为六边形晶格中的SEMION修正码，则其具有顶点和方格两种形式的操作符，其中：顶点操作符的表达式为这里的a，b，c为顶点S的三个量子位，顶点对应的是Pauli Z运算符方格操作符的表达式为其中是六边形边的表示，所有方格算子的集合为o(P)，包含1～12条边，方格对应的是Pauli X运算符进而，在信息传输过程中，正常情况下顶点算子和方格算子都具有+1的特征值，σ^Z错误出现时，顶点的测量值会变为-1，同样测量相邻的方格算子时，该测量值会由+1变为-1，表明方格上出现了σ^X错误。

4.根据权利要求1所述的噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，其特征在于：所述S4.1中，对量子信息进行解码的具体操作包括：采用经验回放技术，获得的经验以转换元组的形式存储在内存缓冲区中；当更新Q网络时，从这个内存缓冲区中提取一小批随机样本，通过随机样本的经验，时间相关性的数据被最小化，导致一个更稳定的训练过程的神经网络，为了进一步提高训练的稳定性，利用目标Q网络计算更新目标，目标Q网络定期与更新后的Q网络同步。