[发明专利]一种基于五比特brown态的信道复用方法

摘要

本发明专利公开了一种基于五比特brown态的信道复用方法，包括量子隐形传态与远程态制备并存的信道复用方法、量子隐形传态与量子稠密编码并存的信道复用方法以及远程态制备与量子稠密编码并存的信道复用方法三个部分。本发明提出了信道复用方法，能够在单个信道中实现通信双方同时发送和接收量子信息，并且有效地丰富了量子信息交流的方式。

主权项

1.一种基于五比特brown态的量子隐形传态与远程态制备并存的信道复用方法，其特征在于按照以下步骤进行，发送方Alice需要将单粒子a的未知量子态传送给接收方Bob，与此同时，Bob也需为Alice制备一个已知的单粒子态，且整个过程需要在第三方Charlie的控制下进行；待传送未知单粒子a的量子态形式与待制备单粒子的量子态形式分别如下：|μ>＝γ|0>+δe^iθ|1>上述公式中的系数都满足归一化条件，即|α|²+|β|²＝1，|γ|²+|δ|²＝1；第一步：信道准备，Alice，Bob与Charlie共享一个五比特brown态信道，信道的初始形式如下：其中粒子A₁，A₂属于Alice，粒子B₁，B₂属于Bob，粒子C属于Charlie；为了完成远程态制备，Bob需要引入一个辅助粒子r，并将该辅助粒子初始化为|0>；同时，Alice持有一个未知单比特量子态a第二步：信道调制，信道准备完成后，Alice，Bob要对信道进行调制，具体过程如下：Alice对粒子对(A₁，a)进行CNOT操作，其中A₁粒子为CNOT操作的控制粒子；Bob分别对粒子对(B₁，r)，(B₁，B₂)进行CNOT操作，其中B₁粒子为CNOT操作的控制粒子；至此，信道调制完成，整个信道形式变换为：第三步：量子测量，信道调制完成后，Alice和Bob需要对信道进行相应的测量，并借助经典信道将测量结果分享给对方，具体的步骤如下：Alice首先对(a,A₂)进行Bell基测量，Bell基表达式如下：与此同时，Bob对B₁粒子进行正交基(μ₀，μ₁)测量，正交基的表达式为：根据对B₁粒子的测量结果，Bob还需对辅助粒子r进行单比特基测量；分为两种情况：如果B₁粒子测量结果为|μ₀>，选取以下测量基对辅助粒子r测量：如果B₁粒子测量结果为|μ₁>，则选取以下测量基对辅助粒子r测量：同时，控制方Charlie需对粒子C实施单比特基测量，测量基为{|0>,|1>}；在Alice、Bob与Charlie测量都完成后，信道将等概率塌缩成如下所示可能的32种形式之一：第四步：信息传送，测量操作结束后，Alice与Bob将通过经典信道将各自的测量结果发送给对方；对于控制方Charlie的测量结果，如果Charlie拒绝Alice和Bob的信息交流，他将保留C粒子的测量结果，协议至此中断；如果Charlie同意Alice与Bob进行信息交流，他会将C粒子的测量结果通过经典信道发送给Alice和Bob，此时Alice和Bob通过相应的恢复操作即可完成本方案；第五步：恢复操作，信息传送结束后，Alice根据Bob对粒子B1，r的测量结果以及Charlie对C粒子的测量结果对A₁粒子进行相应的幺正变换以完成远程态制备的目的；与此同时，Bob根据Alice对粒子对(a,A2)以及Charlie对C粒子的测量结果对粒子B₂进行相应的幺正操作以恢复来自Alice的未知单粒子，从而完成量子隐形传态；在上述过程中，Alice对(a，A₂)的测量结果为|φ₀⁺>，Bob对粒子B₁与辅助粒子r的测量结果分别为|μ₀>和Charlie对粒子C的测量结果是|0>，此时整个信道将坍缩为如下形式：由表1知，此时Alice需要对A₁粒子执行σ^x操作，之后A₁粒子便恢复为|μ>＝γ|0>+δe^iθ|1〉，Bob为Alice远程态制备|μ>的目的完成；相应的，Bob对粒子B₂执行操作，B₂粒子恢复为Alice为Bob隐形传送单粒子未知量子态的目的达成；至此，远程态制备与量子隐形态传送全部完成。