[发明专利]一种优化量子信息传输信道的方法

说明书

一种优化量子信息传输信道的方法，包括：S1、通过在海森堡绘景里分析输出端算符粒子的演化动力学，获取得到量子信息传输的保真度与信道中粒子间耦合力、外加磁场强度、信道中粒子数目以及系统初态之间的直接关系为公式(1)；S2、根据信道长度确定信道中粒子数目，并给耦合力和外加磁场强度赋予一个随机的固定值，比较在所有可能的信道初态下根据公式(1)所计算得到的保真度，并选取数值最大的保真度所对应的信道初态作为选定的信道初态。本发明可以比较在所有可能的信道初态下所计算得到的保真度，并选取数值最大的保真度所对应的信道初态作为选定的信道初态，冲破了初态的局限性，量子信道的优化效果更好。

技术领域

本发明涉及量子力学领域，尤其涉及一种优化量子信息传输信道的方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，经典的摩尔定律终将走向极限，承载它的将是量子信息技术。量子信息科学研究的一大终极目标就是实现量子计算机，基于量子力学中量子态的叠加性和相干性，量子计算机有着经典计算机无法超越的信息计算与处理能力。2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机。但由于量子比特数较少以及相干时间短等原因，其作用仅限于解决一些最优化问题。因此，要真正进行大规模的量子信息处理和计算，量子计算机需要在一个拥有较长退相干时间和可扩展的物理系统上来实现。固态自旋系统由于其良好的退相干性和可扩展性，被认为是最有希望实现量子计算机的物理系统之一。

与经典计算机一样，量子计算机内部的不同元件之间也需要交流信息，即需要短程的量子信息传输。2003年，Bose提出两端开放的固态自旋链可以用作量子信息短程传输的信道(S.Bose,Phys.Rev.Letter,207901,2003)。和以前的方案相比，自旋链信道有着显著的优势：首先，由于量子计算机内部的处理器大多是由固体材料制成，而自旋链信道有很好的兼容性，可以避免复杂的界面问题。其次，在传输过程中，自旋链信道是自由演化过程，并不需要特别的调控，所以操控上比较简单。2012年，中国海洋大学的王兆明等人提出反铁磁性的自旋链也适合传输量子态(Z.M.Wang,R.S.Ma,C.Allen Bishop,Y.J.Gu,Phys.Rev.A,022330,2012)，并且对于适当长度的自旋链,初态中含有自旋激发的反铁磁信道在传输保真度和传输完成时间上优于处于基态的铁磁信道。

量子信息在自旋链中传输时其保真度大小取决于信道的结构、耦合参数、外加磁场强度以及信道中自旋粒子的初态等因素。现有技术中为了方便获取保真度，信道中自旋粒子的初态是固定的，只是通过调节耦合参数和外加磁场强度来优化量子信道，基于初态的局限性，优化量子信道的效果不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种优化量子信息传输信道的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种优化量子信息传输信道的方法，方法包括：

S1、通过在海森堡绘景里分析输出端算符粒子的演化动力学，获取得到量子信息传输的保真度与信道中粒子间耦合力、外加磁场强度、信道中粒子数目以及系统初态之间的直接关系如公式(1)所示；

其中，A_n(t)和B_n(t)是系统的时间演化系数，与耦合力、外加磁场强度相关；N表示信道中粒子数目，Δ_N表示宇称算符，且Δ_N与信道中粒子数目相关,表示信道中自旋粒子2,…,N的初态，自旋粒子2,…,N的初态共同构成信道初态；

S2、根据信道长度确定信道中粒子数目，并给耦合力和外加磁场强度赋予一个随机的固定值，比较在所有可能的信道初态下根据公式(1)所计算得到的保真度，并选取数值最大的保真度所对应的信道初态作为选定的信道初态。

在本发明所述的优化量子信息传输信道的方法中，所述步骤S1之后还包括根据公式(1)计算得到信道的平均保真度如公式(2)：