[发明专利]基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法

说明书

本发明涉及了一种基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法，最初没有直接共享量子纠缠对的通信双方Alice与Bob，通过p个中间节点的帮助，不断进行纠缠交换，最终建立起量子纠缠信道，完成发送方Alice与向接收方Bob传送一个单粒子多能级未知量子态的多跳隐形传态过程。本发明应用非最大纠缠链式信道，即使发送方与接收方没有直接共享量子纠缠对，依然能在双方之间传输量子态信息，能够满足构建复杂量子通信网络的要求；在本发明的多跳无损隐形传态体系中，如果隐形传态过程执行成功，则信息接收方Bob可以得到传送的量子态信息；如果隐形传态过程失败，信息发送方Alice可以恢复出传送的未知量子态信息，该未知量子态信息不会丢失。

技术领域

本发明涉及量子通信网络及信息传播方法，特别是涉及基于非最大纠缠链式信道的多跳无损隐形传态方法。

背景技术

量子信息学是经典信息论与量子力学的交叉学科，其研究领域主要包括量子计算与量子通信等。量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式，其传递的信息主体是量子信息或经典信息，信道则是量子信道或量子信道辅以经典信道。近年来，随着量子通信技术的发展，量子通信也逐渐走向网络化的发展方向。在量子通信网络中，多跳隐形传态协议可以实现两个不直接共享纠缠对的节点间的量子隐形传态。目前，量子通信技术得到了快速发展，并以通信容量大、安全性高等方面的独特优势渐渐成为世界范围内量子学和信息学的主要钻研热点。

量子纠缠在量子隐形传态[1]系统中，是一个不可或缺的物理资源，纠缠交换[2-4]则是量子纠缠性质的一个特殊应用，其使原本不相关的两对纠缠粒子，利用贝尔测量的方法，产生相互作用。纠缠这一性质在量子通信中，有着很重要的作用。量子纠缠最初是由爱因斯坦(Einstein),波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)三位科学家为证明量子力学的不完备性概念而提出的。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了一个思想实验，后来被称为EPR实验。首先准备A和B两个粒子，使这两个粒子的一些属性(如电子的自旋角动量、光子的偏振等)加和为零，但单独一个粒子的属性是不确定的，这样的一对粒子称为EPR对，它们处于一个纠缠态，因为两个粒子的属性紧密联系。然后把这两个粒子在空间中分开任意远的距离，此时测量粒子A的状态，假如测量结果为“0”，那么可以立刻得到B的状态为“1”。EPR认为在纠缠粒子A和B之间有“鬼魅般的超距作用”。

量子隐形传态的概念于1993年由Bennett，Brassard等[5]几位科学家提出，并利用量子纠缠性质来实现量子隐形传态，由此开创了量子隐形传态研究的先河。量子隐形传态的基本原理是：对待传送的未知量子态与EPR纠缠对的其中一个粒子实施联合Bell基测量，由于EPR对的量子非局域关联特性，此时未知态的全部量子信息将会转移到EPR对的第二个粒子上，只要根据经典通道传送的Bell基测量结果，对EPR对的第二个粒子的量子态施行适当的幺正变换，就可使这个粒子处于与待传送的未知态完全相同的量子态，从而在EPR的第二个粒子上实现对未知量子态的重现。1997年，奥地利Zeilinger小组在室内首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的经典之作。