[发明专利]基于最大纠缠Bell态实现cluster态的远距离扩展方法

说明书

本发明公开了一种基于最大纠缠Bell态实现cluster态的远距离扩展方法。中心节点Alice通过中间节点的协助使得边缘节点Charlie_t(t＝1,2,3,4)实现cluster态的远距离延伸。包括：(1)构建距离扩展路径：中心节点Alice持有一组部分纠缠的cluster态|C〉₁₂₃₄，传输路径上，中心节点Alice与边缘节点Charlie_t(t＝1,2,3,4)与中间节点之间均彼此两两互联，彼此之间共享一个最大纠缠Bell态。本发明的有益效果：1、本发明中间节点的测量结果可同时传送，因此本发明提高了信息传输的效率能够满足构建复杂量子通信网络的要求。2、本发明采用的所有测量方式为Bell基测量以及单比特测量，极大地减少了具体操作难度。3、本发明扩展了通信距离，使得不直接共享量子纠缠对的边缘节点实现量子通信。

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，具体涉及一种基于最大纠缠Bell态实现cluster态的远距离扩展方法。

背景技术

量子信息学，具有量子特性又具有传统的经典信息科学的特点，是量子力学和传统经典信息学的结合学科，是以量子力学为基础应用于经典信息科学中的一门新的学科。量子理论的思想虽然被提出已经有一百多年了，但是对于信息在量子力学上的应用却只有几十年的时间，量子信息发展时间虽然不长，但是发展极快。量子信息学不同于经典信息学，我们在对信息进行量子化的处理过程中，由于量子特性，使得量子态具有纠缠性，不可克隆性以及叠加性，这样在传送信息时，使得信息所携带的容量以及安全性都打破了以往经典信息传送中的极限。由于量子信息学所具有的这种空前优势，使得量子信息学无论在理论还是实验上都具有巨大突破，为信息的传送开辟了一条新的道路，拥有了一种新的方式。随后，量子信息学成为人们研究的热点[1-5]。量子信息学的研究方向包含量子密码技术，量子计算，量子通信，量子测量等方面。其中，作为量子信息学的重要分支，量子通信主要包括量子隐形传态，量子密码通信，量子密集编码等。

量子纠缠在量子通信中，是一个不可或缺的物理资源。量子纠缠是存在于量子理论中的多粒子体系和多自由度体系中的，它的独特之处在于，一个子系统无法脱离其它系统而独立测量，也就是说，如果对纠缠态中的一个子系统进行测量，那么其它子系统也会受到测量的影响而发生变化。举例说明，如果存在两个速率相同，但是运动反方向相反的电子，将其中的一个电子使其运动到南极，另外一个电子使其运动到北极，两个电子即使相隔甚远，但是依旧保持着一定的关联性。正是这样的性质，在1935年，Einstein，Podolsky，Rosen等人对量子力学的完备性提出质疑，并用实验验证，人将这个实验成为EPR佯谬，首先涉及到了量子纠缠，此实验阴差阳错的验证的量子纠缠的非局域关联性。而在同年，提出了“纠缠态”。若量子态具有纠缠特性，我们就称之为“纠缠态”。纠缠态不仅可以是纯态也可以是混合态。

近几年，已经有多种纠缠态作为量子信道用于实现远程量子态制备.例如,Bell态和GHZ(Greenberger–Home–Zeilinger)态[6],Brown态[7],W态[8]等.由于当系统处于最大纠缠态下的二粒子或者三粒子体系时，团簇态，GHZ态，Bell态可以相互转化，但是若处于三粒子以上的量子态时，GHZ态和团簇态就不能相互转化了，此时的团簇态具有GHZ态和W态的特性[9]，且已经被证明比GHZ态有更强的抵御消相干的能力[10]，最大连通性和持续纠缠性。自Briegel在2001年首次提出团簇态[11]以来,便被广泛应用于量子通信中.目前,物理学者们在理论和实验上都对团簇态展开了广泛地研究,并取得了显著的成果.文献[12]成功实现了四光子团簇态的制备,并证明了一维量子计算的可行性；文献[13]提出了在腔量子电动力学和离子阱系统中制备四比特团簇态；在文献[20]中，提出利用4个EPR对作为量子信道远程制备4粒子团簇态的方案；文献[21]提出利用一个EPR对与2个3粒子GHz态联合作为量子信道实现4粒子团簇态的远程制备方案。由于Cluster态在量子信息领域的重要地位，因此对Cluster态的研究也就具有了重要意义。

参考文献