基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法
基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信技术领域，具体设及一种基于线性光学元件的任意双光子态远程 联合制备方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，目前通信信道传送的是数字信号或模拟信号。由于信道具有非理想的 频率响应特性、噪声干扰及信号通过信道传输时按杂进去的其他干扰，损害了发送信号并 使接收的信号波型产生失真或使接收的数字信号码元产生错误。对于此类干扰，目前主要 通过两种方式来保证信道的正确传输:一方面是提高线路及传输设备的性能和质量，如采 用光纤；另一方面是采用差错控制策略，如循环冗余检验方法等。然而，提高线路和设备需 要技术的更新W及大量的投资，而使用差错检验则不可避免地浪费通信资源，减缓了通信 速度。因此，保证信息的正确传输一直是经典网络通信急需解决的难题。随着量子信息技术 的发展，一些基于量子特性的网络通信方法被陆续提出，如量子密钥分配(QKD)、量子安全 直接通信(QSDC)、量子秘密共享(QSS)、W及量子隐形传态(QT)等。运些通信方法主要W微 观粒子作为信息载体，凭借着其特有的一些量子性质，如相干性、纠缠特性等，避免传输时 的干扰，具有无条件的安全性、准确性。在此背景下，利用量子信息技术来解决信息的传输 问题得到越来越多的关注。
[0003] 量子通信W量子态为信息载体，加载在量子态上信息的安全受不确定关系等量子 力学基本原理保障，量子态制备与传输室量子通信的重要任务之一。光量子态由于具有传 输速度快，传播路程远等特点，已成为量子通信的理想信息载体。近年来，光量子态远程制 备，尤其是远程联合制备，引起了各国研究者的广泛关注，取得研究进展。
[0004] 近年来，光量子态多方联合制备技术得到了研究者的广泛关注，提出了不同设备 下的光量子态多方联合制备方案。如2008年，提出了基于线性光学元件的任意单光子态多 方联合制备方法:基于线性光学元件的任意单光子态远程制备方案发送只需任意单光子态 Φ〉= α〇 I 0〉+日11 1〉，（ I日日I叫日112 = 1，α〇，αι为任意复数)两个系数α〇，αι设置两个分束器系 数，实现任意单光子态I Φ〉的远程制备。然而随着光子数量增加，多光子态系数呈指数增 长，任意多光子态远程制备要比任意单光子态远程制备情况复杂的多，且现有任意单光子 态方案难W向多光子态推广。
【发明内容】
[0005] 针对【背景技术】所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种基于线性光学元 件的任意双光子态远程联合制备方法，从实际的可操作性出发，通过Μ个五光子纠缠态作为 量子信息的传输信道，完成有两个发送者和一个接收者参与的，对任意双光子态进行远程 联合制备。
[0006] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种基于线性光学元件的任意双 光子态远程联合制备方法所述方法参与者共有Ξ个，包括一个第一发送方、一个第二发送 方和一个接收方;第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，其中，第一发送 方作为五光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光 子，第二发送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二 光子和第五光子;假设需制备的量子态为I Φ〉=日日日I 〇〇〉+日日1101〉+日1日110〉+日11111〉，其中口00, α〇1，日1日，αι功任意复数，满足归一化关系I日日日12+ I日日112+ I日1日12+ I日1112 = 1;
[0007]所述方法的具体步骤如下：
[000引步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，即第一发送方首 先进行制备Μ个五光类簇态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光 子，其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第二 光子和第五光子发送给接收方；
[0009] 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器参 数，并对通过极化分束器后的光子执行测量；
[0010] 步骤3:接收方根据来自第一发送方和第二发送方的测量结果，接收方选择对手中 的光子进行与测量结果相应的局域么正演化操作，即可重建需制备量子态，从而完成任意 双光子态远程联合制备。
[0011] 进一步地，步骤2中，设置的各参数为：第一发送方第一光子所通过光路中玻片R (01)对光子偏振态旋转角度
，第Ξ光子通过光路中玻片R (02)对光子偏振态旋 转角度
第二发送方第四光子通过光路中玻片Κ(θ3)Κ(θ2)对光子偏振态旋转角 度
[0012] 进一步地，第一发送方和第二发送方通过经典通信信道将测量结果发给接收方。
[0013] 进一步地，步骤2中，第一发送方和第二发送方对通过极化分束器后的光子执行的 是正交投影测量。
[0014] 本发明具有W下有益效果:本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子 纠缠态就可W实现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可 W不需要使用最大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本W及降低了实施方案的技术要 求。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法 作进一步说明。
[0016] 本发明基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法参与者共有Ξ个，包 括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方。
[0017] 第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五 光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光子，第二发 送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五 光子；假设需制备的量子态为I Φ〉=日日日I 〇〇〉+日日1101〉+日1日110〉+日11111〉，其中日日日，日日1,日1日，口11 为任意复数，满足归一化关系I α。。I叫。。11叫。1。I叫αιι 12 = 1;
[0018] 所述方法的具体步骤如下：
[0019] 步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，即第一发送方首 先进行制备Μ个五光子纠缠态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ 光子，其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第 二光子和第五光子发送给接收方。
[0020] 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器后玻 片参数，即第一发送方第一光子所通过光路中玻片Κ(θι)对光子偏振态旋转角度
，第Ξ光子通过光路中玻片R(02)对光子偏振态旋转角度
;.第二发送方第四光子通过光路中玻片Κ(θ3)Κ( 02)对光子偏振态旋转角 度
；将量子纠缠信道转化为目标信道，对通过极化分束器后的纠缠光子 执行正交投影测量。与一般测量相比，本实施例使用正交投影测量具有对设备要求不高，容 易实现的优点。
[0021 ]步骤3:接收方通过经典通信信道接收来自第一发送方和第二发送方的测量结果， 并根据测量结果，接收方手中粒子塌缩到与测量结果相应状态，依据测量结果与剩余粒子 状态之间一一对应关系，接收方选取与测量结果相应的局域么正演化操作，就可W在它的 粒子上重建原来的量子态，从而完成任意双光子态远程联合制备。
[0022]综上所述，本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子纠缠态就可W实 现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可W不需要使用最 大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本W及降低了实施方案的技术要求。
【主权项】
1. 一种基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征在于:所述方法 参与者共有三个，包括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方； 第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五光子 纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子，第二发送方 拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五光 子； 假设需制备的量子态为 I Φ> = α〇〇 I 〇〇>+α〇ι I 〇1>+αι〇 11〇>+αιι 111>，其中α〇〇，α〇ι，αι〇，αιι为 任意复数，满足归一化关系 I αοο 12+ I aQ112+ I a1Q 12+ I αη 12 = I; 所述方法的具体步骤如下： 步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，即第一发送方首先进 行制备M个五光子纠缠态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子， 其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第二光子 和第五光子发送给接收方； 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器参数，并 对通过极化分束器后的光子执行测量； 步骤3:接收方根据来自第一发送方和第二发送方的测量结果，接收方选择对手中的光 子进行与测量结果相应的局域么正演化操作，即可重建需制备量子态，从而完成任意双光 子态远程联合制备。2. 如权利要求1所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征 在于:步骤2中，设置的各参数为:第一发送方第一光子所通过光路中玻片R(Q 1)对光子偏振 态旋转角度第三光子通过光路中玻片R(G2)对光子偏振态旋转角度第二发送方第四光子通过光路中玻片R( h)R( θ2)对光子偏振态旋转角度3. 如权利要求1或2所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特 征在于:第一发送方和第二发送方通过经典通信信道将测量结果发给接收方。4. 如权利要求1所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征 在于:步骤2中，第一发送方和第二发送方对通过极化分束器后的光子执行的是正交投影测 量。
【专利摘要】本发明提供一种基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，所述方法参与者共有三个，包括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方；第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子，第二发送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五光子。本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子纠缠态就可以实现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可以不需要使用最大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本以及降低了实施方案的技术要求。
【IPC分类】H04B10/70
【公开号】CN105490751
【申请号】CN201510821167
【发明人】周萍
【申请人】广西民族大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月24日
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信技术领域，具体设及一种基于线性光学元件的任意双光子态远程 联合制备方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，目前通信信道传送的是数字信号或模拟信号。由于信道具有非理想的 频率响应特性、噪声干扰及信号通过信道传输时按杂进去的其他干扰，损害了发送信号并 使接收的信号波型产生失真或使接收的数字信号码元产生错误。对于此类干扰，目前主要 通过两种方式来保证信道的正确传输:一方面是提高线路及传输设备的性能和质量，如采 用光纤；另一方面是采用差错控制策略，如循环冗余检验方法等。然而，提高线路和设备需 要技术的更新W及大量的投资，而使用差错检验则不可避免地浪费通信资源，减缓了通信 速度。因此，保证信息的正确传输一直是经典网络通信急需解决的难题。随着量子信息技术 的发展，一些基于量子特性的网络通信方法被陆续提出，如量子密钥分配(QKD)、量子安全 直接通信(QSDC)、量子秘密共享(QSS)、W及量子隐形传态(QT)等。运些通信方法主要W微 观粒子作为信息载体，凭借着其特有的一些量子性质，如相干性、纠缠特性等，避免传输时 的干扰，具有无条件的安全性、准确性。在此背景下，利用量子信息技术来解决信息的传输 问题得到越来越多的关注。
[0003] 量子通信W量子态为信息载体，加载在量子态上信息的安全受不确定关系等量子 力学基本原理保障，量子态制备与传输室量子通信的重要任务之一。光量子态由于具有传 输速度快，传播路程远等特点，已成为量子通信的理想信息载体。近年来，光量子态远程制 备，尤其是远程联合制备，引起了各国研究者的广泛关注，取得研究进展。
[0004] 近年来，光量子态多方联合制备技术得到了研究者的广泛关注，提出了不同设备 下的光量子态多方联合制备方案。如2008年，提出了基于线性光学元件的任意单光子态多 方联合制备方法:基于线性光学元件的任意单光子态远程制备方案发送只需任意单光子态 Φ〉= α〇 I 0〉+日11 1〉，（ I日日I叫日112 = 1，α〇，αι为任意复数)两个系数α〇，αι设置两个分束器系 数，实现任意单光子态I Φ〉的远程制备。然而随着光子数量增加，多光子态系数呈指数增 长，任意多光子态远程制备要比任意单光子态远程制备情况复杂的多，且现有任意单光子 态方案难W向多光子态推广。
【发明内容】
[0005] 针对【背景技术】所述面临的种种问题，本发明的目的在于提供一种基于线性光学元 件的任意双光子态远程联合制备方法，从实际的可操作性出发，通过Μ个五光子纠缠态作为 量子信息的传输信道，完成有两个发送者和一个接收者参与的，对任意双光子态进行远程 联合制备。
[0006] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种基于线性光学元件的任意双 光子态远程联合制备方法所述方法参与者共有Ξ个，包括一个第一发送方、一个第二发送 方和一个接收方;第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，其中，第一发送 方作为五光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光 子，第二发送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二 光子和第五光子;假设需制备的量子态为I Φ〉=日日日I 〇〇〉+日日1101〉+日1日110〉+日11111〉，其中口00, α〇1，日1日，αι功任意复数，满足归一化关系I日日日12+ I日日112+ I日1日12+ I日1112 = 1;
[0007]所述方法的具体步骤如下：
[000引步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，即第一发送方首 先进行制备Μ个五光类簇态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光 子，其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第二 光子和第五光子发送给接收方；
[0009] 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器参 数，并对通过极化分束器后的光子执行测量；
[0010] 步骤3:接收方根据来自第一发送方和第二发送方的测量结果，接收方选择对手中 的光子进行与测量结果相应的局域么正演化操作，即可重建需制备量子态，从而完成任意 双光子态远程联合制备。
[0011] 进一步地，步骤2中，设置的各参数为：第一发送方第一光子所通过光路中玻片R (01)对光子偏振态旋转角度
，第Ξ光子通过光路中玻片R (02)对光子偏振态旋 转角度
第二发送方第四光子通过光路中玻片Κ(θ3)Κ(θ2)对光子偏振态旋转角 度
[0012] 进一步地，第一发送方和第二发送方通过经典通信信道将测量结果发给接收方。
[0013] 进一步地，步骤2中，第一发送方和第二发送方对通过极化分束器后的光子执行的 是正交投影测量。
[0014] 本发明具有W下有益效果:本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子 纠缠态就可W实现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可 W不需要使用最大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本W及降低了实施方案的技术要 求。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法 作进一步说明。
[0016] 本发明基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法参与者共有Ξ个，包 括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方。
[0017] 第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五 光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ光子，第二发 送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五 光子；假设需制备的量子态为I Φ〉=日日日I 〇〇〉+日日1101〉+日1日110〉+日11111〉，其中日日日，日日1,日1日，口11 为任意复数，满足归一化关系I α。。I叫。。11叫。1。I叫αιι 12 = 1;
[0018] 所述方法的具体步骤如下：
[0019] 步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享Μ个五光子纠缠态，即第一发送方首 先进行制备Μ个五光子纠缠态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第Ξ 光子，其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第 二光子和第五光子发送给接收方。
[0020] 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器后玻 片参数，即第一发送方第一光子所通过光路中玻片Κ(θι)对光子偏振态旋转角度
，第Ξ光子通过光路中玻片R(02)对光子偏振态旋转角度
;.第二发送方第四光子通过光路中玻片Κ(θ3)Κ( 02)对光子偏振态旋转角 度
；将量子纠缠信道转化为目标信道，对通过极化分束器后的纠缠光子 执行正交投影测量。与一般测量相比，本实施例使用正交投影测量具有对设备要求不高，容 易实现的优点。
[0021 ]步骤3:接收方通过经典通信信道接收来自第一发送方和第二发送方的测量结果， 并根据测量结果，接收方手中粒子塌缩到与测量结果相应状态，依据测量结果与剩余粒子 状态之间一一对应关系，接收方选取与测量结果相应的局域么正演化操作，就可W在它的 粒子上重建原来的量子态，从而完成任意双光子态远程联合制备。
[0022]综上所述，本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子纠缠态就可W实 现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可W不需要使用最 大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本W及降低了实施方案的技术要求。
【主权项】
1. 一种基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征在于:所述方法 参与者共有三个，包括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方； 第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五光子 纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子，第二发送方 拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五光 子； 假设需制备的量子态为 I Φ> = α〇〇 I 〇〇>+α〇ι I 〇1>+αι〇 11〇>+αιι 111>，其中α〇〇，α〇ι，αι〇，αιι为 任意复数，满足归一化关系 I αοο 12+ I aQ112+ I a1Q 12+ I αη 12 = I; 所述方法的具体步骤如下： 步骤1:第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，即第一发送方首先进 行制备M个五光子纠缠态，然后第一发送方保留每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子， 其次将每个五光子纠缠态的第四光子发送给第二发送方、将每个五光子纠缠态的第二光子 和第五光子发送给接收方； 步骤2:第一发送方和第二发送方根据需制备双光子态信息，设置极化分束器参数，并 对通过极化分束器后的光子执行测量； 步骤3:接收方根据来自第一发送方和第二发送方的测量结果，接收方选择对手中的光 子进行与测量结果相应的局域么正演化操作，即可重建需制备量子态，从而完成任意双光 子态远程联合制备。2. 如权利要求1所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征 在于:步骤2中，设置的各参数为:第一发送方第一光子所通过光路中玻片R(Q 1)对光子偏振 态旋转角度第三光子通过光路中玻片R(G2)对光子偏振态旋转角度第二发送方第四光子通过光路中玻片R( h)R( θ2)对光子偏振态旋转角度3. 如权利要求1或2所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特 征在于:第一发送方和第二发送方通过经典通信信道将测量结果发给接收方。4. 如权利要求1所述的基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，其特征 在于:步骤2中，第一发送方和第二发送方对通过极化分束器后的光子执行的是正交投影测 量。
【专利摘要】本发明提供一种基于线性光学元件的任意双光子态远程联合制备方法，所述方法参与者共有三个，包括一个第一发送方、一个第二发送方和一个接收方；第一发送方、第二发送方、接收方共享M个五光子纠缠态，其中，第一发送方作为五光子纠缠态的制备者，第一发送方拥有每个五光子纠缠态的第一光子和第三光子，第二发送方拥有每个五光子纠缠态的第四光子，接收方拥有每个五光子纠缠态的第二光子和第五光子。本发明通过两个发送方和一个接收方共享一个五光子纠缠态就可以实现任意双光子态的远程联合制备，通讯效率高，可行性强，且方案的实现可以不需要使用最大纠缠信道，大大节省了方案实施的成本以及降低了实施方案的技术要求。
【IPC分类】H04B10/70
【公开号】CN105490751
【申请号】CN201510821167
【发明人】周萍
【申请人】广西民族大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月24日
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