[发明专利]一种基于交叉克尔非线性制备逻辑W态的方法

说明书

本发明提供一种基于交叉克尔非线性制备逻辑W态的方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：输入m比特的W态和n比特的W态进行融合输出m+n‑1比特的W态作为制备逻辑W态的输入，其中m和n是大于1的自然数；步骤二：将融合成功后的W态中每个光子都经过一个Hadamard门操作后，分别输入到t‑1个设备Q中并分别经过经典反馈进行比特翻转操作，此时就会输出级联GHZ态的逻辑W态。在噪声环境下具有更高的容错性，应用于量子通信方案中，拓展量子通信方案的设计思想，为量子纠缠特性的研究提供一些方便和进行量子纠缠的操纵，以融合的W态作为输入，将融合生成的W态利用交叉克尔非线性来制备逻辑W态。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种基于交叉克尔非线性制备逻辑W态的方法。

背景技术

量子纠缠在量子力学中扮演着重要的角色，尤其在量子通信中更是发挥着不可替代的作用，例如在量子隐形传态、量子密钥分发、量子计算等都有广泛的应用。在二粒子纠缠态中，主要有Bell态。在三粒子纠缠态中，主要有GHZ态和W态。当然还有很多其他纠缠态，比如多粒子GHZ态、多粒子W态和团簇态等。但是GHZ态的纠缠相关很容易被破坏，如果其中一个粒子丢失，所有粒子之间的纠缠关系将被完全打破。但是W态则不同，与GHZ态相比，W态具有更好的稳定性，W态的每一对光子都独立地保持其纠缠关系，即任意两个光子之间存在最大的纠缠关系，即使在光子丢失或者退相干的情况下，其他光子也能很好的保持纠缠关系。所以W态更适合实际的物理系统，并且具有很好的抗噪声和退相干能力。在许多量子信息处理的方案中，往往需要更大规模的W态，但直接制备大规模的W态具有一定的难度，目前都是采用W态的融合来进行的。

在2011年，Ozdemir等人利用线性光学构造了一个融合门，该融合门可以大大提高W态的尺度，但是此方案输入m比特和n比特的W 态只能形成m+n-2比特的尺寸。2013年Bugu等人在Ozdemir等人方案上进行了改进，利用一个Fredkin门和一个辅助单光子，将m比特W态和n比特W态融合形成了m+n-1比特W态。但是现阶段实现受控门具有一定的难度。在2015年，韩雪等人提出了一种利用弱交叉克尔非线性的方法实现了W态的融合，该方案仅使用了弱交叉克尔非线性和一些线性光学器件就完成了输入m比特和n比特的W态来生成m+n-1比特的W态，该方案易于实现。

上面介绍的纠缠都是物理比特的纠缠。在实际的量子通信和量子计算模型中，存在着另一种编码方式，就是逻辑比特纠缠。即将多个物理比特编码为单个逻辑比特，单个逻辑比特之间产生了量子纠缠。相对于物理比特纠缠，逻辑比特纠缠在噪声环境下更加抗退相干。目前对于逻辑比特的研究都是基于级联Greenberger-Home-Zeilinger(C-GHZ 态)态上进行的。在2011年，Frowis和Dur两人提出一种新型的量子逻辑比特纠缠态，称为C-GHZ态。2014年潘建伟小组提出了利用线性光学条件产生C-GHZ态。2017年陈姗姗等人利用弱交叉克尔非线性实现了任意规模的C-GHZ态的构造，但是目前尚没有逻辑W态的制备的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种基于交叉克尔非线性制备逻辑W态的方法，在噪声环境下具有更高的容错性，应用于量子通信方案中，拓展量子通信方案的设计思想，为量子纠缠特性的研究提供一些方便和进行量子纠缠的操纵，以融合的W态作为输入，将融合生成的W态利用交叉克尔非线性来制备逻辑W态。

本发明提供一种基于交叉克尔非线性制备逻辑W态的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：输入m比特的W态和n比特的W态进行融合输出m+n-1 比特的W态作为制备逻辑W态的输入，其中m和n是大于1的自然数；

步骤二：将融合成功后的W态中每个光子都经过一个Hadamard 门操作后，分别输入到t-1个设备Q中并分别经过经典反馈进行比特翻转操作，此时就会输出级联GHZ态的逻辑W态。