[发明专利]基于信道纠错的多跳量子隐形传态方法

说明书

本发明公开了一种基于信道纠错的多跳量子隐形传态方法，其特征在于：通信双方为信息发送方Alice与信息接收方Bob，粒子src携带未知量子态信息|χ>_src＝a|0>+b|1>，由信息发送方Alice所持有，Alice想要将该未知单粒子量子态，发送给接收方Bob；发送方Alice持有粒子src和粒子1，第1个中间节点持有粒子2和粒子3，第2个中间节点持有粒子4和粒子5，…，第i(i＝1,2,3,…,N)个中间节点持有粒子2i和粒子2i+1，其中，N是正整数。本发明的有益效果有两点：第一，本发明的基于信道纠错的多跳量子隐形传态方法，纠错操作和原未知量子态恢复操作由信息接收方Bob统一执行，不需要中间方进行纠错操作，中间方只需要Bell测量即可，简化了中间方操作要求，降低了构建量子通信网络的复杂度。

技术领域

本发明涉及通信网络及信息传播方法，具体涉及一种基于信道纠错的多跳量子隐形传态方法。

背景技术

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。量子通信的研究方向主要包括量子隐形传态(Quantum Teleportation)[1]、量子密码术(QuantumCryptography)[2]、量子密集编码(Quantum Dense Coding)[3-6]等。

量子隐形传态的概念由Bennett，Brassard等几位科学家于1993年提出,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。量子隐形传态理论指出：利用量子纠缠现象可以不传输任何物理量子比特而把未知量子态的信息发送出去，实现超空间的信息传送。在最初量子隐形传态通信体系中，存在一个发送方Alice，持有待传送的未知量子态,一个接收方Bob,通信双方处于空间上分离的状态，但共享一个EPR量子对，对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。

近年来，随着点对点量子通信研究的日益深入，量子通信也逐渐走向网络化的发展方向。根据SECOQC[7](Development of a Global Network for Secure Communicationbased on Quantum Cryptography)组织的定义，量子网络是基于点对点的量子密钥分配，使网络中的通信双方能够交换理论上安全的密钥，而非进行安全通信的基础设施。量子通信网络包含众多的量子中继节点，每两个相邻中继节点由一段纠缠信道连接，形成链式信道，源节点和量子路径上的所有中继节点对自己拥有的粒子进行Bell测量，最终使传送的未知量子态在目的节点持有的粒子上“还原”出来，就能基于EPR协议最终可实现两个节点之间的通信。与经典通信网络相比，量子通信网络具有几个显著优点：(1)通信的安全保密性更高；(2)更强的信息传输和处理能力使通信效率更高；(3)通信复杂度较低。目前，很多研究组对构建量子网络提出了自己的构想。Cheng等[8]提出了一种针对分级网络结构的路由机制，用来在两个没有直接共享纠缠对的节点建传送一个量子态信息；Wang等[9]提出一种基于任意Bell对的量子无线多跳隐形传态体系，用以构建量子通信网络；中国科学技术大学的郭光灿[10-13]研究组和中国科学技术大学的潘建伟[14-17]团队致力于研究量子通信网络的物理实现。

在实际的量子通信网络中，由于粒子和环境存在着相互作用，其量子状态在信道传输的过程中会受到量子噪声的影响而改变，一个量子位和环境发生作用可能产生的量子位错有以下几种[18]：

I-没有错误；X-位反出错；

Z-位相出错；XZ-位反出错+位相出错