[发明专利]基于量子远程控制的远程量子态制备方法

说明书

本发明提供一种可同时实现远程状态制备和量子远程控制的方法。基于量子远程控制的远程量子态制备方法，利用一个三粒子GHZ态的量子非局域性来同时执行了一个任意单粒子态的远程制备和实现在粒子态上的远程旋转。本发明的有益效果是：本发明基于共享一个三粒子GHZ态来完成制备任意单粒子量子态并加载旋转控制的方案，与直观解决方案相比较，本发明的协议具有更高的效率；同时本发明方案中仅仅使用Pauli算子、受控非门、Bell态测量、单粒子测量等测量手段以及EPR态和GHZ态等，容易物理实现。

技术领域

本发明涉及一种基于量子远程控制的远程量子态制备方法。

背景技术

过去几十年，量子力学在计算机科学和信息理论领域的应用大大促使了交叉科学的产生，包含量子信息学、量子通信、量子计算等，其中量子隐形传态就是量子信息学的巧妙应用之一。在1993年Bennett等六人首次提出的量子隐形传态方案中，采用一个EPR对为量子信道并结合Bell测量和经典通信传送一个未知量子态。量子传输协议的另一类公认版本是远程态制备方案(RSP)和联合远程态制备方案(JRSP)。在RSP中，仅有的一个发送者知晓所制备态的完整信息，而在JPSR中，多个发送者中的任何人仅仅知道所制备态的部分信息。相比于前者，后者无论发送者是否了解该准备态的信息，都可以提高目标态的保密性。到目前为止，相关研究在理论和实验方面都取得了巨大进展，所有这些结果都是利用纠缠粒子的量子非局域性所取得的。这里，量子信息蕴含于量子系统的量子态中，且量子非局域性是指量子态的非局域性。然而，另一种非局域性是量子算子的非局域性，因而另一种信息是描述量子算子的信息，它们都是非常重要和有用的，例如，为了实现分布式量子计算，Grover和Cirac等人提出了有效地传输了量子数据，以及网络节点之间的量子算子的量子协议。可以说，纠缠不仅可传送一个任意粒子，还可传输一个酉算子。假设Alice，想要在与之相距遥远的Bob持有的粒子上执行一个任意酉算子，但是她不能立即将这个酉算子的信息传递给Bob，或者她不愿意让Bob知道这个算子。与量子隐形传态相似，Alice和Bob可以利用二者间共享纠缠态的相关性来完成这一任务。在一个量子位上传输一个酉算子的过程，其作用方式与遥控装置类似，因此称其为量子远程控制。自2001年Huelga等人提出的首个量子远程控制协议以来，各种量子远程控制协议相继被提出。

现在考虑问题：假设Alice、Bob和Charlie是空间分离的三个合法参与者。Bob打算帮助Charlie制备一个任意的粒子：

|ξ＝x|0+ye^iθ|1(x,y≥0,θ∈[0,2π]且x²+y²＝1)

并且Alice想要在粒子|ξ上做一次酉算子，如何完成这项任务？这个问题看似简单，但其在量子密码学上可能有用，如量子保密比较，可控远程态制备，量子秘密共享等等。特别是在未来的量子网络中,这些算子可作为对加载于粒子上的量子信息的控制(加密或解密)，用于作为激活一些重要行动的钥匙，如导弹发射、量子集体密封或拆封、量子货币的远程联合销毁等。为了利用现有协议完成此量子任务，直观解决方案是，Bob首先采用远程状态制备方法，利用EPR态作为量子通道，在Charlie处制备粒子|ξ。然后，Alice借助EPR态或EPR态为信道，利用量子远程控制方法再粒子|ξ上的执行酉算子。该方案中第一步单独完成量子态制备，第二步单独完成量子控制。尽管其比较直接，但是浪费较多资源，导致效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时实现远程状态制备和量子远程控制的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：基于量子远程控制的远程量子态制备方法，利用一个三粒子GHZ态的量子非局域性来同时执行了一个任意单粒子态的远程制备和实现在粒子态上的远程旋转。

进一步的，利用EPR态和GHZ态的量子非局域性，同时执行任意单粒子态制备和在该状态下执行一个任意的酉算子。