[发明专利]基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。本发明本首次将基于Brown态的态制备和网络编码相结合，通过蝶形网络和五比特Brown态由发送方到接收方之间进行交叉传输，并且双向制备任意单比特量子态的方案，主要特征是：在基于蝶形网络编码协议的基础上，通过态制备建立量子网络编码模型。源节点与目的节点共享的信道是由五比特Brown态加辅助粒子，通过CNOT操作进行信道调制所得到。实现已知信息在整个网络模型中的传输，与量子隐形传态方案相比资源消耗更少，同时传输效率达到更高水平，并且还创新性的实现了双向制备，通信容量达到四比特每轮。它在量子通信网络技术领域里有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，具体涉及一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。

背景技术

2000年，Ahlswede等人在以网络编码(Network Codeing)的基础文章中找到了一种崭新的方式来实现比以前更好的网络通信性能。网络编码的主要思路是我们可以在网络中的中间节点对信息进行编码，从而提高吞吐量，和安全性并且降低了网络的复杂性。随着量子信息的发展，网络编码已逐渐应用于量子网络。量子网络编码(QNC)凭借其提高量子通信的安全性和效率的能力逐渐成为一个主要的研究领域。自2006年以来，Hayashi等人探索了量子网络编码的可能性，并提出了第一个量子网络编码协议XQQ。通过设计XQQ协议，他们表明可以设计一种量子网络编码协议，该协议可以跨两个量子位为蝶形网络传输保真度大于1/2的协议，并且还计算了小于1的保真度上限。

在基于Hayashi等人工作的基础上，Iwama发起了针对蝶形网络的量子网络编码的研究，他们证实了在近似值被允许的情况下量子网络编码的可行性。Ma等人[4]提出了一种量子网络编码协议，该协议可以通过在两个蝶形网络之间共享非最大纠缠态来在蝶形网络上传输M-qudit。Leung等人研究了量子信道网络中的量子信息的k对通信问题。从安全通信的角度来看，Shang等人进一步提出了基于受控隐形传态的量子网络编码方案，以实现对接收者解码过程的控制。近年来，各种基于量子网络编码研究层出不穷。

基于量子网络编码的思想，最为普遍的应用就是与隐形传态(QT)的结合，而已知态的制备一直以来是量子通信领域中的热门研究对象，基于Brown态的态制备的方案近年来也逐渐被提出，但很少有基于量子网络编码的思想去实现，量子远程态制备(RSP)与隐形传态具有相同的目标，他们的目标都是将一个目标发送到远方。但在量子远程态制备中发送者通常知道要传输的状态，而在量子隐形传态中发送者不知道要传输的状态。但实质上是一种通信行为，也需要保证其安全性。态制备可以利用网络编码传输的高效以及更优秀的安全性将已知想要制备的量子态准确无误的制备并传输给目的节点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于Brown态和网络编码的双向单比特态制备方法，包括：

步骤1：需要构建蝶形网络模型，其中，A和B为源节点，中间节点为M₁和M₂，C和D作为目的节点，来实现交叉双向态制备，制备任意单比特态：

目的节点C制备目标态为

目的节点D制备目标态为

源节点A制备目标态为

源节点B制备目标态为

源节点A与目的节点C预先共享五比特Brown态作为信道，五比特Brown态的形式如下：

源节点B与目的节点D预先共享五比特Brown态作为信道，五比特Brown态的形式如下：