[发明专利]基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码方法

摘要

本发明提供一种基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码的信息传输方法，包括：发送端和接收端共同遵守的一组约束条件，每一个二进制信息位被表示成量子纠缠形式，相邻的二进制信息位处于量子纠缠态，发送端依据量子纠缠对需要传递的二进制信息进行编码，发送端根据需要采用一对一，一对多的形式进行传输，接收端依据约束条件进行测量和解码，实现信息位正确的判断。本发明通过量子纠缠原理实现计算机的二进制信息的编码，克服了在实际的测量中量子纠缠的脆弱性对量子编码和量子计算等的影响。本发明通过最小二乘法确定二进制信息的位置关系，通过概率统计方法优化了量子纠缠条件的判断，能够满足量子计算和量子编码中二进制信息传输的基本要求。

主权项

一种基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码方法，其特征在于，包括：Part1，将传输的信息转换成基于量子纠缠的计算机编码形式；Part2，发送端将已经转换成基于量子纠缠的计算机编码形式的信息进行传输；Part3，接收端在接收到发送端传输来的信息后，按照约束条件进行测量与解码，然后判断每一位信息的正确性；约束条件是基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码实现通信的基础，是发送端和接收端都需要遵照的规则；基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码所采用的约束条件描述如下；约束条件Condition(1)：量子纠缠态的数学描述形式为|φ> = ε|0> + μ|1>其中，|0>和|1>表示量子比特的两种可能状态，测量量子比特0的概率为|ε|2，测量量子比特1的概率为|μ|2，且在理想情况下，满足|ε|2 + |μ|2 = 1；约束条件Condition(2)：在实际的测量中，由于受到实际条件的影响，定义| |ε|2 + |μ|2 – 1| <= df其中，df是给定的测量误差；当实际测量的误差小于等于df时，定义测量的数值是接近正确的，满足量子纠缠态的条件；否则，定义测量的数值是不准确的，不满足量子纠缠态的条件；约束条件Condition(3)：定义距离D；在二进制编码(p1, p2, …, pi, …, pn)2中，位于第一位的二进制位记为p1，由低位到高位依次记为pi (i=1,2,…)，最后一位记为pn；定义p1的距离D的数值为1，p2的距离D的数值为2；依次类推，pi的距离D的数值为i，最后一位pn的距离D的数值为n；在理想的情况下，距离D的数值为正的整数；但是，在实际的测量中，距离D的测量数值为实数；约束条件Condition(4)：符号函数Sgn(value)定义为当数值value小于0时，符号函数Sgn(value)的返回值为0；当数值value大于0时，符号函数Sgn(value)的返回值为1；约束条件Condition(5)：基于量子纠缠的计算机编码的每一位与其相邻位都会产生量子纠缠，相邻的信息位处在纠缠态|φ> = dp|0> + dq|1>其中，测量量子比特0的概率为|dp|2，测得量子比特1的概率为|dq|2，且在理想情况下，满足|dp|2 + |dq|2 = 1；约束条件Condition(6)：基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码的假设检验数学描述如下接受H0：|ts – td| < C拒绝H0：|ts – td| >= C其中，ts为理想情况下测量数值的概率，td为在实际条件下测量数值的概率，C为误差临界值的概率；约束条件Condition(7)：在最小二乘法中，假设测量的观察值为(x1, y1), (x2, y2), …, (xn, yn)；最小二乘法的最佳拟合函数定义为y = k*x其中，y和x均为实数，k设定为常数；存在着任意两个实数点d1和d2，N1和N2是整数；(A) 假设满足N1<= d1< d2，那么在最小二乘法中，确定d1与N1满足最佳拟合条件；设定d1的值为N1；(B) 假设满足d1< d2 <= N2，那么在最小二乘法中，确定d2与N2满足最佳拟合条件；设定d2的值为N2；在Part1中，将信息转换成基于量子纠缠的计算机编码形式的步骤包括：发送端在传输信息前确定距离D的数值，在二进制编码(p1, p2, …, pi, …, pn)中，位于第一位的二进制位记为p1，定义p1的距离D的数值为1，定义p2的距离D的数值为2，依次类推，定义pi的距离D的数值为i；每一位二进制信息位被表示为量子纠缠态形式|φ> = α|0> + β|1>α和β为对应|0>和|1>量子比特的测量概率；发送端在传输信息前需要将编码中的每一位转化为如下形式Sgn(val)当该二进制位是0时，val = ‑D(α2, β2)；当该二进制位是1时，val = D(α2, β2)；相邻的二进制信息位(pi, pj)2处在量子纠缠态，量子纠缠态形式|φ> = dp|0> + dq|1>dp和dq为对应|0>和|1>量子比特的测量概率；发送的每一位信息位具有统一的形式Sgn( 符号位 D(α2, β2))，(dp2, dq2)在Part2中，发送端将已经转换成基于量子纠缠的计算机编码形式的信息进行传输，包括：发送端根据需要采用一对一，一对多的形式进行传输；其中，一对一的发送过程为发送端A发送信息给接收端B；一对多的发送过程为发送端S发送信息给接收端Cs(c1, c2, …, ci, …, cn)，其中，每一个ci是对等的接收端；发送过程是并行执行的，每一个信息位的发送相互独立；在Part3中，接收端在获得发送端传输来的信息后，接收端按照约束条件进行信息的接收和测量，并进行解码，然后判断每一位信息的正确性；接收端按照Sgn( 符号位 D(α2, β2))，(dp2, dq2)的格式接收并测量信息；接收端测量α和β的数值，在实际的测量中，按照||α|2 + |β|2 – 1| <= df的约束条件验证该二进制信息位是否满足纠缠态的条件，以判定该二进制信息位的测量值是否准确；当该二进制信息位不满足纠缠态的条件时，基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码的假设检验验证α：接受H0：|ts_α – td_α| < C_α拒绝H0：|ts_α – td_α| >= C_α其中，ts_α为理想情况下测量α的概率，td_α为在实际条件下测量α的概率，C_α为α的误差临界值的概率；假设检验验证β：接受H0：|ts_β – td_β| < C_β拒绝H0：|ts_β – td_β| >= C_β其中，ts_β为理想情况下测量β的概率，td_β为在实际条件下测量β的概率，C_β为β的误差临界值的概率；当该二进制信息位不满足纠缠态的条件时，如果假设检验验证α和β，其中α和β有一个是正确的，即接受H0，而另外一个的测量结果超过了误差临界值的概率是不正确的，即拒绝H0，说明该二进制位的量子比特的相对应的概率受实际因素影响出现了错误，处于弱纠缠状态；当该二进制信息位不满足纠缠态的条件时，如果假设检验验证α和β的任何一个都是不正确的，即拒绝H0，说明该二进制位的量子比特受实际因素影响已经解除了纠缠态；接收端依据最小二乘法的约束条件，测量距离D；接收端依据Sgn( 符号位 D)对该二进制信息位进行解码；当测量获得数值value小于0时，符号函数Sgn(value)的返回值为0，该二进制信息位值为0；当测量获得数值value大于0时，符号函数Sgn(value)的返回值为1，该二进制信息位值为1；接收端测量dp和dq的数值，在实际的测量中，按照||dp|2 + |dq|2 – 1| <= df的约束条件验证相邻的信息位是否满足纠缠态的条件；在相邻的二进制信息位(pi, pj)2中，当二进制信息位pi不满足纠缠态的条件时，基于量子纠缠和最小二乘法的计算机编码的假设检验验证dp：接受H0：|ts_dp – td_dp| < C_dp拒绝H0：|ts_dp – td_dp| >= C_dp假设检验验证dq：接受H0：|ts_dq – td_dq| < C_dq拒绝H0：|ts_dq – td_dq| >= C_dq其中，ts_dp和ts_dq为理想情况下测量dp和dq的概率，td_dp和td_dq为在实际条件下测量dp和dq的概率，C_dp和C_dq为dp和dq的误差临界值的概率；当二进制信息位pi不满足纠缠态的条件时，如果假设检验验证dp和dq，其中dp和dq有一个是正确的，即接受H0，而另外一个的测量结果超过了误差临界值的概率是不正确的，即拒绝H0，说明二进制信息位pi的量子比特的相对应的概率受实际因素影响出现了错误，处于弱纠缠状态；当二进制信息位pi不满足纠缠态的条件时，如果假设检验验证dp和dq的任何一个都是不正确的，即拒绝H0，说明二进制信息位pi的量子比特受实际因素影响已经解除了纠缠态；对二进制信息位pj的测量方法与其相邻二进制信息位pi的测量方法相同；接收端测量完成后，解码信息，返回二进制编码(p1, p2, …, pi, …, pn)2。