[发明专利]噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法

说明书

本发明涉及量子通信技术领域，具体地说，涉及噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法。包括如下步骤：对量子信息进行初始化处理；对量子信息进行传输；采用SEMION对量子信息进行修正；对量子信息进行解码和修正；对量子信息的安全性进行分析。本发明设计中，SEMION是一种全量子纠错的稳定性的纠错码，不需要额外的设施，只需要基本和制备量子态的设备；可以修正量子信息在信道传输中因噪声或其他因素影响而导致的错误，使得通信双方正常保密传输，保证量子信息的安全通信；通过拓扑量子纠错码本身独特的性质，对噪声和误差具有鲁棒性，可以保证局部的错误不影响全局自由度，满足量子信息传输的要求，且该方法的实验模拟较为简单，易于在实际系统中实现。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体地说，涉及噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法。

背景技术

随着科学技术的发展，量子通信技术发展迅速，量子通信越来越受到重视，量子信道中的量子信息是非常脆弱的，特别是在嘈杂的网络中，任何量子信息处理系统都可能发生变化，量子信息也很容易遭到EVE的攻击，所以，解决噪声情况下量子通信的安全性问题是非常重要的。

由于量子态在信道传输过程中会受到噪声或其他因素的影响，不可避免的会出现错误，针对上述的安全性问题，文献《QUANTUM REPEATERS BASED ON ENTANGLEMENTPURIFICATION》中提出了使用量子纠缠纯化，在有噪声的信道中使用具有足够高保真度的已知纠缠态，而不是传输未知的量子信息。通过将量子信息编码在更大维度的希尔伯特空间中来防止噪声，但纠缠纯化协议在许多方面还存在不足，使用拓扑纠错码修改局部错误的特点可能得到更好的安全性。文献《QUANTUM ERROR CORRECTION WITH THE SEMIONCODE》中提出了全量子错误修正程序，构造了一个闭弦算子实现信息处理的基本逻辑操作，使拓扑量子计算成为量子修正的一种新形式，该文章只研究了有关于拓扑量子纠错的相关知识并将与量子纠错做了许多结合，并没有将拓扑量子纠错码应用于量子通信。鉴于此，我们提出了噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法。

发明内容

本发明的目的在于提供噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了噪声环境下量子通信的拓扑SEMION纠错方法，包括如下步骤：

S1、对量子信息进行初始化处理；

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；

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；

S5、对量子信息的安全性进行分析。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，对量子信息进行初始化处理的具体方法包括如下步骤：

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，以便于后续量子信息的修正。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1.4中，运用迭代法制备的具体算法流程包括：