[发明专利]一种光量子态远程操控系统

权利要求书

1.一种光量子态远程操控系统，其特征在于：包括第一贝尔基测量模块和第二贝尔基测量模块，所述第一贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别与第一局域么正操作模块第四射入端、第三射入端连接，所述第一局域么正操作模块第二射入端与第一正交投影测量模块射出端连接，所述第一局域么正操作模块射出端与量子操作模块射入端连接，所述量子操作模块射出端与所述第二贝尔基测量模块第一射入端连接，所述第二贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别与第二局域么正操作模块第三射入端、第四射入端连接，所述第二局域么正操作模块第二射入端与第二正交投影测量模块射出端连接，所述第二局域么正操作模块射出端与外部的量子储存装置射入端连接；

所述第一贝尔基测量模块的第一射入端和第二射入端、第二局域么正操作模块第一射入端、第一正交投影测量模块射入端、第二正交投影测量模块射入端、第一局域么正操作模块第一射入端、第二贝尔基测量模块第二射入端分别用于与外部的光量子信号源第一至第七射出端连接；

所述第一贝尔基测量模块、第二贝尔基测量模块、第一正交投影测量模块和第二正交投影测量模块均为光子探测器，所述第一局域么正操作模块、第二局域么正操作模块和量子操作模块均为单量子门，所述单量子门为玻片，所述第一贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别通过经典信道与第一局域么正操作模块第四射入端、第三射入端连接，所述第一局域么正操作模块第二射入端通过经典信道与第一正交投影测量模块射出端连接，所述第二局域么正操作模块第二射入端通过经典信道与第二正交投影测量模块射出端连接，所述第二贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端通过经典信道分别与第二局域么正操作模块第三射入端、第四射入端连接；

所述连接的线路包括无线传输连接线路和光纤连接线路，当连接的两个光学元件之间的传输距离大于等于1km时采用光纤连接线路，当连接的两个光学元件之间的传输距离小于1km时采用无线传输连接线路；

所述第一贝尔基测量模块为第一光子探测器BSM1，第二贝尔基测量模块为第二光子探测器BSM2，第一正交投影测量模块为第三光子探测器S3，第二正交投影测量模块为第四光子探测器S4，第一局域么正操作模块为第一玻片e1，第二局域么正操作模块为第二玻片e2，量子操作模块为第三玻片e3；

所述操控系统的工作过程如下：

步骤(1)：第一光子探测器BSM1和第二玻片e2组成接收方，第三光子探测器S3和第四光子探测器S4组成控制方，第一玻片e1、第三玻片e3和第二光子探测器BSM2组成发送方，光量子信号源第一至第七射出端依次射出第三接收粒子b、第一接收粒子B₁、第二接收粒子B₂、第一控制粒子C₁、第二控制粒子C₂、第一发送粒子A₁和第二发送粒子A₂，所述发送方拥有第一发送粒子A₁和第二发送粒子A₂，所述接收方拥有第一接收粒子B₁、第二接收粒子B₂和第三接收粒子b，所述控制方拥有第一控制粒子C₁和第二控制粒子C₂，此时发送方、接收方和控制方共享2个非最大纠缠MS态

式中|d₁|²+|d₂|²＝1、|d₃|²+|d₄|²＝1，所述第三接收粒子b的单量子态为|x_b＝(α₀|0+α₁|1)_b，式中|α₀|²+|α₁|²＝1，|0代表光量子水平偏振态，|1代表光量子垂直偏振态；

步骤(2)：第一光子探测器BSM1分别对第三接收粒子b、第一接收粒子B₁执行贝尔基测量得到测量结果i₁和i₂，其中i₁＝0或1、i₂＝0或1，第三光子探测器S3对第一控制粒子C₁执行正交投影测量得到测量结果k₁，其中k₁＝0或1，所述第一控制粒子C₁执行正交投影测量后的状态为当k₁＝0时，当k₁＝1时，

此时由第一发送粒子A₁、第一接收粒子B₁、第一控制粒子C₁和第三接收粒子b组成的复合系统状态表示为：

，式中代表第一接收粒子B₁和第三接收粒子b进行贝尔基测量后的状态，其中表示k₁+i₁模2，代表第一发送粒子A₁和第一控制粒子C₁塌缩成与相应的状态，代表第一发送粒子A₁和第一控制粒子C₁塌缩成与测量结果i₁、i₂相应的状态，所述与测量结果i₁、i₂的对应关系如下：

当i₁＝i₂＝0，

当i₁＝0、i₂＝1，

当i₁＝1、i₂＝0，

当i₁＝1、i₂＝1，

粒子b执行贝尔基测量后的状态为|x_0b＝(α₀|0+α₁|1)_b、|x_1b＝(α₀|0-α₁|1)_b、|x'_0b＝(α₀|1+α₁|0)_b、|x′_1b＝(α₀|1-α₁|0)_b，此时粒子A₁的状态已由粒子b赋予，因此式中

步骤(3)：第一光子探测器BSM1将测量结果i₁、i₂通过经典信道传输至第一玻片e1，第三光子探测器S3将测量结果k₁通过经典信道传输至第一玻片e1后，第一发送粒子A₁的状态继而塌缩成与测量结果i₁、i₂、k₁相应的状态然后第一玻片e1根据粒子A₁所处的状态选择对粒子A₁执行相应的局域幺正操作即重建粒子A₁原来的单量子态，其中或1，所述及i₁的对应关系如下表所示：

步骤(4)：在第一发送粒子A₁上重建原来的单量子态后，第三玻片e3用量子操控U_x将粒子A₁状态演化为目标状态式中|α₀'|²+|α₁'|²＝1，然后第二光子探测器BSM2再分别对第一发送粒子A₁、第二发送粒子A₂执行贝尔基测量得到测量结果i₃和i₄，其中i₃＝0或1、i₄＝0或1，第四光子探测器S4对第二控制粒子C₂执行正交投影测量得到测量结果k₂，所述第二控制粒子C₂执行正交投影测量后的状态为

当k₂＝0时，

当k₂＝1时，

此时由第一发送粒子A₁、第二发送粒子A₂、第二接收粒子B₂和第二控制粒子C₂组成的复合系统状态表示为：

式中代表粒子A₁、粒子A₂进行贝尔基测量后的状态，其中表示k₂+i₃模2，代表第二接收粒子B₂和第二控制粒子C₂塌缩成与测量结果i₃、i₄相应的状态，所述与测量结果i₃、i₄的对应关系如下：

当i₃＝i₄＝0，

当i₃＝0、i₄＝1，

当i₃＝1、i₄＝0，

当i₃＝1、i₄＝1，

粒子B₂的状态由粒子A₁执行贝尔基测量后赋予，因此式中

步骤(5)：第二光子探测器BSM2将测量结果i₃、i₄通过经典信道传输至第二玻片e2，第四光子探测器S4将测量结果k₂通过经典信道传输至第二玻片e2后，第二接收粒子B₂的状态继而塌缩成与测量结果i₃、i₄、k₂相应的状态然后第二玻片e2根据粒子B₂所处的状态选择对粒子B₂执行相应的局域么正操作式中或1，所述及i₃的对应关系如下表所示：

对粒子B₂执行完局域么正操作后，根据即在粒子B₂上完成制备目标态。