[发明专利]基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种量子稠密编码技术，具体涉及一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法。

背景技术

量子通信技术建立在“测不准原理”和“不可克隆定理”上，相比于经典通信技术，量子通信技术具有更高的安全性，美国、欧盟、日本及我国科研机构都对量子通信项目进行了深入研究。量子稠密编码技术作为量子通信的一个重要研究分支，即通过特定的量子态操作和编码处理，使一个量子位携带多位经典信息，从而提高信息容量, 量子稠密编码技术在提高量子信息传送效率上起到关键作用。

自1993年出现基于量子纠缠的第一个量子远程传态的实验方案以来，量子通信业已成为前沿信息技术发展最迅速的研究领域，但是目前的进展主要集中基于点与点之间的通信行为。在研究过程中，人们发现，如果在量子通信过程设置可信任的控制方，可极大提高量子通信传输过程的安全性，因而需要基于已有无监控的点对点通信，扩展到有多个授权方参与的联合监控模式下，这也为量子网络安全通信在金融和国防领域发挥重要作用奠定基础。

x态作为量子通信中的重要纠缠资源之一，具有与GHZ态和W态完全不同的纠缠性质和很好的稳定性；当前实验物理学家借助于离子阱技术 或者量子电动力学系统，已经成功地制备出x态，被视为量子通信中的潜在的重要纠缠资源之一。因此，将x态和稠密编码方法结合起来实现多个授权方联合监控下的高容量通信行为就显得很有必要。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，利用x态的稳定性，并融合多方可控技术，提高通信系统的效率、稳定性和安全性。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，包括如下步骤：

（1）发送者利用经典通信网络向网络中心资源调度方发起通信要求，并给出授权方与接收方地址信息；

（2）网络中心资源调度方制备四粒子最大纠缠x态，并对其进行相应的酉变换，随后根据授权方的数量引入相应数量初态为|0>的辅助粒子C₃，C₄，...，C_N，实施控制非变换，得到多粒子纠缠态，调度方对所持有的粒子进行分配，将粒子A分配给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将粒子C₁，C₂，...，C_N分配给各个授权方Charlie₁，Charlie₂…, Charlie_N；

（3）发送方Alice根据要发送的信息对自己手中的粒子A进行幺正操作，完成信息编码，且将自己手中的粒子A传送给接收方Bob；

（4）接收方与授权方进行身份认证，如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝测量和告知结果；

（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合所有授权方的测量信息，解码恢复获得Alice传送的真实消息。

上述技术方案中，所述步骤（2）中采用离子阱技术或者量子电动力学系统制备四粒子最大纠缠x态。

上述技术方案中，所述步骤（2）中的四粒子最大纠缠x态，其量子态表达式为：

其中，在离子阱技术或者量子电动力学系统中，|0> 表示原子或者离子的基态，|1>表示原子或者离子的激发态；

将其表达式重组为：

接着，资源调度方对上述重组后的x态进行酉操作使之成为如下量子态：

其中酉操作矩阵可表示为：

在变为状态后，授权方根据实际控制方的数量N (N>2)，引入N-2个初态为|0>的辅助粒子C₃，C₄，...，C_N，并对其进行CNOT操作，其中，C₁或C₂为控制粒子，C₃...C_N为目标粒子，

忽略掉全局因子，从而获得如下量子状态：

。