非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法
專利匯可以提供非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法。本發(fā)明一種基于非最大糾纏兩能級Bell態(tài)的量子對話方法，通信雙方Alice與Bob，使用多個非最大糾纏Bell態(tài)a|00>+b|11>作為通信信道，借助一系列的安全檢測，編碼操作將待傳信息編碼至信道中，最后根據(jù)Alice對信道執(zhí)行單比特測量和POVM測量的結(jié)果，通信雙方可解碼出對方的信息，進而實現(xiàn)了一定容量的量子對話。本發(fā)明主要特征在于：(1)本發(fā)明打破了以往最大糾纏信道下的量子對話方法局限，將量子對話推廣到非最大糾纏信道的場景。(2)本發(fā)明僅使用Pauli陣、CNOT操作、單比特測量、POVM測量，且操作流程簡單，具有一定的可行性。(3)本發(fā)明實現(xiàn)的量子對話的容量為(x為{2a2,2b2}中的最大值，為向下取整符號)。，下面是非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法，其特征在于，包括：通信雙方Alice與Bob，利用非最大糾纏Bell態(tài)的量子通道，通過一系列安全檢測、密集編碼、以及POVM測量下的解碼操作來概率實現(xiàn)雙向并行通信，其特征在于，包括以下三步：
(1)系統(tǒng)初始化；通信雙方為Alice與Bob，他們之間事先共享一個m-bit的密鑰K＝{0,
1}m,1≤m≤n；Alice、Bob分別持有2n-bit信息MA＝{0，1}2n、MB＝{0，1}2n，并欲發(fā)送給對方；
現(xiàn)Alice制備n個相同的非最大糾纏兩能級Bell態(tài)a|00>+b|11>作為量子信道，其形式為其中a,b已知,且|a|2+|b|2＝1,粒子Ak,Bk組成了第k個非最大糾纏Bell態(tài),k取1、2、…、n；
然后Alice將信道中所有粒子劃分為兩個有序的粒子序列SA、SB:SA＝{A1,A2,…,An}，SB＝{B1,B2,…,Bn}，并通過經(jīng)典信道公布初始信道的狀態(tài)；
(2)安全檢測與編碼；現(xiàn)Alice制備一個m粒子的誘騙光子序列SK，其中每一粒子為隨機的4種量子態(tài)
接著根據(jù)密鑰K中的排列順序，Alice將SK插入到SB中，形成S'B；插入規(guī)則為：如果密鑰K中第r(r取1、2、3、…、m)比特為0，Alice將SK中第r個粒子插入到SB中第r個粒子的后面；反之，Alice將SK中第r個粒子插入到SB中第r個粒子前面；
然后Alice將S'B發(fā)送給Bob，并公布SK的基底；Bob接收到S'B后，根據(jù)密鑰K找出誘騙光子序列SK中粒子的所在位置；隨后Bob使用Alice宣布的基底對SK中的每個粒子進行測量，并通過經(jīng)典信道公布測量結(jié)果；Alice根據(jù)Bob的測量結(jié)果計算其錯誤率，如果錯誤率低于閾值，Bob是安全的，通信繼續(xù)，Bob可得到序列SB；否則通信停止；
Bob得到序列SB后，他根據(jù)自己所擁有的信息MB的排列順序，將4種酉操作I、Z、X、XZ依次對應(yīng)于經(jīng)典信息中的00、01、10、11，并對于SB中的每一粒子Bk，Bob均依次執(zhí)行一次上述4種酉操作中相應(yīng)的一種操作UBk1，k取1、2、…、n；所有的酉操作完成后，Bob將2n-bit信息MB編碼至序列SB中，得到新的序列SBU1；這里的的I、Z、X，XZ均為pauli陣；此時信道中的序列SA、SBU1形成了新的n個有序的態(tài)： i取1、2、3、4；
(3)安全檢測與解碼；現(xiàn)Bob亦制備一個m粒子的誘騙光子序列S'K,其中每一粒子為隨機的4種量子態(tài) Bob根據(jù)密鑰K將S'K插入到SBU1中，形成S'BU1；
隨后與(2)中安全檢測方法完全類似，如果Alice是安全的，通信繼續(xù)，Alice可得到序列SBU1；否則通信停止；
類似地，Alice得到序列SBU1后，他可通過對序列SBU1執(zhí)行n次UBk2操作，將其2n-bit信息MA編碼至序列SBU1中，得到新的序列SBU2；此時信道中的序列SA、SBU2形成了新的n個有序的態(tài)：
t取1、2、3、4；
接著Alice對 態(tài)中的粒子Ak、Bk執(zhí)行CNOT操作，k取1、2、…、n；所有的CNOT操作完成后，Alice得到n個有序的態(tài)： 隨后Alice再依次先對
態(tài)(k取1、2、…、n)中的粒子Bk做單比特測量，測量基為{|0>、|1>},其粒子Ak將坍縮為或 然后Alice再對其粒子Ak做POVM測量，如下：
取 最優(yōu)的POVM測量基(由矩陣給出)如下：
E3＝I-P1-P2
其中I是單位陣，x取{2a2，2b2}中的最大值，
當(dāng)粒子Ak的測量結(jié)果為E1時，可區(qū)分出粒子Ak的狀態(tài)為|φ1>；當(dāng)粒子Ak的測量結(jié)果為E2時，可區(qū)分出粒子Ak的狀態(tài)為|φ2>；當(dāng)粒子Ak的測量結(jié)果為E3時，此為無效結(jié)果，無法做出推斷；
最后，Alice公布測量成功的 態(tài)的結(jié)果與位置，Alice與Bob可根據(jù)此測量結(jié)果推斷出對方的相應(yīng)信息。
2.如權(quán)利要求1所述的非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法，其特征在于，粒子Ak的POVM測量將出現(xiàn)以下兩種情況：
①當(dāng)粒子Ak狀態(tài)為 時，其POVM測量結(jié)果為E1、E2、E3的概率分別為：
P1＝<φ1|E1|φ1>＝4a2b2/x，P2＝<φ1|E2|φ1>＝0，P3＝<φ1|E3|φ1>＝1-4a2b2/x此時，如果粒子Ak測量結(jié)果為E1，那么此次測量成功，否則測量失??；
②當(dāng)粒子Ak狀態(tài)為 時，其POVM測量結(jié)果為E1、E2、E3的概率分別為：
P1＝<φ2|E1|φ2>＝0，P2＝<φ2|E2|φ2>＝4a2b2/x，P3＝<φ2|E3|φ2>＝1-4a2b2/x此時，如果粒子Ak測量結(jié)果為E2，那么此次測量成功，否則測量失敗。
綜上，得出粒子AkPOVM測量成功的概率為4a2b2/x。
3.如權(quán)利要求1所述的非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法，其特征在于，Alice公布測量成功的 態(tài)的結(jié)果與位置及解碼的過程具體包括：對于 態(tài)(k取1、
2、…、n)，若其粒子AkPOVM測量成功，Alice與Bob可根據(jù)表1中 的測量結(jié)果與 的關(guān)系，推斷出該 態(tài)對應(yīng)的兩次編碼后 的具體狀態(tài)，接著根據(jù)Alice公布的編碼前的信道初始態(tài)，再由表2中非最大糾纏兩能級Bell態(tài)與 的變換關(guān)系，對于該 態(tài)，Alice可根據(jù)自己編碼時執(zhí)行的酉操作UBk2推斷出Bob所執(zhí)行的酉操作UBk1，進而可從該態(tài)中得到Bob所傳輸?shù)?-bit信息，類似地，Bob可從該 態(tài)中得到Alice所傳輸?shù)?-bit信息；否則無法對該 態(tài)進行解碼，信息傳輸失??；計算出通信雙方可從該態(tài)中獲得的有效信息量為 ( 為向下取整符號)；類似地，通信雙方可
從本次通信中各自獲取的總的有效信息量為 由此容量為
的量子對話過程結(jié)束，余下的傳送失敗的信息將在下一輪量子對話中繼續(xù)傳送。
非最大糾纏兩能級bell態(tài)的量子對話方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
Bk執(zhí)行CNOT操作(k取?1、2、…、n)，得到新的n個有序的態(tài)：
接著Alice再依次先對 (k取1，2，…，n)態(tài)中的
粒子Bk做單比特測?量，再對其粒子Ak做POVM測量，并通過經(jīng)典信道公布測量結(jié)果，若其測量成功，?Alice與Bob可根據(jù)此測量結(jié)果推斷出該 態(tài)對應(yīng)的 的具體狀態(tài)，?最后Alice與Bob可根據(jù) 與非最大糾纏Bell態(tài)的關(guān)系以及自己編碼時執(zhí)行?的酉操作推斷出對方發(fā)送的信息；否則無法對該 態(tài)進行解碼，信息傳輸?失敗。計算出通信雙方可從本次通信中各自獲取的總的有效信息量為? 余下傳送失敗的信息可通過下一
輪的量子對話繼續(xù)傳送。
具體實施方式
量，?如下：
檢測后，Alice對兩個 態(tài)中的粒?子B1執(zhí)行I操作，粒子B2執(zhí)行Z操作，粒子B3執(zhí)行XZ操作,得到三個有序的態(tài)： 此時Alice分別對態(tài)
中的粒?子A1、B1，A2、B2，A3、B3執(zhí)行CNOT操作得到三個有序的態(tài)： 最
后Alice對粒子B1、B2、B3做單比特測量，粒子A1、A2、A3做POVM?測量(這里POVM測量矩陣中的參數(shù)x取4/3)，并公布測量結(jié)果。若測量結(jié)果?分別為 (此測量結(jié)果出現(xiàn)的概率為
2/3)， (此測量結(jié)果出?現(xiàn)的概率為2/3)、 (此測量結(jié)果出現(xiàn)的概率為
1/3)，Alice與Bob?可根據(jù)表1和此測量結(jié)果推斷出編碼后得到
此時?Alice與Bob可再根據(jù)表2得和自己編碼時執(zhí)行的酉操作推斷出對方發(fā)送的前4?位信息為1101和0001；而后兩位信息發(fā)送失敗，可經(jīng)由下一輪量子對話繼續(xù)?傳送。這里Alice與Bob可得到對方的有效信息量為4-bit，由此實現(xiàn)了容量?為4-bit的量子對話，余下傳送失敗的信息可經(jīng)由下一輪量子對話繼續(xù)傳送。
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