[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

摘要

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。

主权项

1.一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：，其中系数、；光量子态制备系统的第三极化分束器PBS3对步骤（2）得到的第二发送光子(5)进行第一次分束，形成光路b₀和光路b₁，其中光路b₀的光子极化状态被光量子态制备系统的第二玻片旋转角度：，其中系数、；光量子态制备系统的第五极化分束器PBS5对步骤（2）得到的控制光子(3)进行第一次分束，形成光路c₀和光路c₁，其中光路c₁的光子极化状态被光量子态制备系统的第三玻片旋转角度：，其中系数，；对第一发送光子(1)、控制光子(3)、第二发送光子(5)执行第一次分束和旋转操作后，5光子纠缠态转化为相应状态，接下来从所述5光子叠加态中分离出所需要的光子量子态，即光量子态制备系统的第二极化分束器PBS2对光子(1)进行第二次分束形成光路a₀’和光路a₁’，第四极化分束器PBS4对光子(5)进行第二次分束形成光路b₀’和光路b₁’，第六极化分束器PBS6对光子(3)进行第二次分束形成光路c₀’和光路c₁’，5光子纠缠信道转化为相应状态；步骤4：光量子态制备系统的第一量子态测量模块对光子(1)执行X基测量或Z基测量并把X基测量结果t1传输至光量子态制备系统的第一相位翻转门，Z基测量结果则不对外输出；光量子态制备系统的第二量子态测量模块对光子(5)执行X基测量或Z基测量并把X基测量结果t2传输至光量子态制备系统的第二相位翻转门，Z基测量结果则不对外输出；光量子态制备系统的第三量子态测量模块对光子(3)执行X基测量或Z基测量并把X基测量结果t3分别传输至光量子态制备系统的第一相位翻转门、第二相位翻转门，Z基测量结果则不对外输出；其中X基测量结果t1、t2、t3=0或1；步骤5：所述第一接收光子(2)经第二相位翻转门后状态塌缩成与第二相位翻转门所接收到的X基测量结果（t2+t3）相应的状态；所述第二接收光子(4)经第一相位翻转门后状态塌缩成与第一相位翻转门所接收到的X基测量结果（t1+t3）相应的状态，其中光子2和光子4处于对应状态：；步骤6：第一相位翻转门根据所接收到的X基测量结果（t1+t3）与第二接收光子4状态的对应关系选择对光子4执行相应的局域幺正操作，将光子4的状态转化成所需制备的光量子态；第二相位翻转门根据测量结果（t2+t3）与光子2状态的对应关系选择对光子2执行相应的局域幺正操作，将光子2状态转化成所需制备的光量子态；其中为泡利操作。