基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及量子信息及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于單原子 操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 量子通信是近年來興起的一種新型通信方式。通過將信息編碼于具有量子特性的 物理系統(tǒng)，利用系統(tǒng)狀態(tài)的量子特性，例如量子糾纏、測(cè)量塌縮、量子態(tài)不可克隆等，使得量 子通信過程較經(jīng)典通信更加的安全，高效，抗干擾。隨著對(duì)量子通信網(wǎng)絡(luò)研宄的深入，人們 陸續(xù)提出了各種量子通信方法以解決信息的傳輸、信息的加密、秘鑰的分發(fā)、秘密共享等通 f目問題。
[0003] 假設(shè)在某些信息處理過程之后，例如，在一次量子秘密共享之后，描述一個(gè)秘密量 子比特內(nèi)容的經(jīng)典信息被拆分并分布于量子網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)。也就是說，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只掌 握了秘密量子比特態(tài)的一部分信息；沒有任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有這個(gè)秘密量子比特的全部的信 息，可以獨(dú)立地恢復(fù)秘密量子比特的信息?，F(xiàn)在的問題是如何能夠在一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)重建秘 密信息。為此，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法。這些方法分別利用了 不同的量子糾纏態(tài)作為量子信息的傳輸通道，完成對(duì)不同類型的量子比特態(tài)的聯(lián)合遠(yuǎn)程制 備任務(wù)。
[0004] 但是，這些研宄工作僅僅從數(shù)學(xué)的層面提出了對(duì)量子比特態(tài)進(jìn)行多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制 備的方法，而沒有針對(duì)具體的物理系統(tǒng)提出在實(shí)踐中具有可操作性的方案。而且，少數(shù)的研 宄者提出來的實(shí)驗(yàn)方案都是以單光子作為信息的載體，而單光子在實(shí)際的操作中往往很容 易受到環(huán)境的影響并湮滅。
[0005] 目前對(duì)于聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法研宄，幾乎都沒有針對(duì)具體物理系統(tǒng)進(jìn)行討 論，沒有考慮在實(shí)際的物理世界中如何實(shí)現(xiàn)這一過程，也沒有對(duì)其是否具有可執(zhí)行性的問 題進(jìn)行探討。屈指可數(shù)的物理方案，主要是在光子系統(tǒng)進(jìn)行探討。雖然光子傳輸速度快，但 是消相干時(shí)間短，在實(shí)際的物理環(huán)境中容易湮滅。并且，遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的過程中并不需要 將信息的載體進(jìn)行傳輸，而是要對(duì)信息的載體進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?。由此可見，光子系統(tǒng)并不是 完成聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的理想物理系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，從實(shí)際的可操作性 出發(fā)，提出一個(gè)以兩能級(jí)原子作為信息的載體，利用單個(gè)兩能級(jí)原子與經(jīng)典電磁場(chǎng)之間的 相互作用，通過三原子W型糾纏態(tài)作為量子信息的傳輸信道，完成有兩位發(fā)送者和一位接 收者參與的，對(duì)秘密單量子比特態(tài)的遠(yuǎn)程制備的方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn) 程制備量子態(tài)的方法，其中使兩位發(fā)送者遠(yuǎn)程協(xié)助一位接收者恢復(fù)秘密單原子量子比特 態(tài)：
[0008] (J) > = aIg>+ 0Ie> ；
[0009] 其中I g>，I e>分別表示兩能級(jí)原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)，參數(shù)a，0為實(shí)數(shù)，且滿足條 件a 2+0 2= 1 ;而且參數(shù)a，0描述了秘密量子比特的所有信息，秘密量子比特的所有信 息被拆分為兩個(gè)部分，分別被兩位發(fā)送者所擁有。
[0010] 優(yōu)選地，第一發(fā)送者擁有的信息為{ap 0J，第二發(fā)送者擁有的信息為|>2， 0 2};兩位發(fā)送者和一位接收者之間共享一個(gè)由三個(gè)兩能級(jí)原子組成的W型量子糾纏態(tài)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其中使兩位發(fā)送者遠(yuǎn)程協(xié) 助一位接收者恢復(fù)秘密單原子量子比特態(tài)： <l)>=a|g>+|3|e>； 其中|g > lie >分別表示兩能級(jí)原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)，參數(shù)a，P為實(shí)數(shù)，且滿足條 件a 2+02= 1 ;而且參數(shù)a, P描述了秘密量子比特的所有信息，秘密量子比特的所有信 息被拆分為兩個(gè)部分，分別被兩位發(fā)送者所擁有。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其特征 在于，第一發(fā)送者擁有的信息為（a 1，Pi}，第二發(fā)送者擁有的信息為（a 2, 0 2};兩位發(fā)送 者和一位接收者之間共享一個(gè)由=個(gè)兩能級(jí)原子組成的W型量子糾纏態(tài)
其中第一原子屬于第一發(fā)送者，第二原子屬于第二發(fā)送者，第=原子屬于接收者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，兩位發(fā)送者分別與接收者之間建立了量子通信信道和經(jīng)典通信信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，兩位發(fā)送者之間是沒有通信聯(lián)系的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于所述方法包括下述步驟： 第一步驟；兩位發(fā)送者分別讓自己所擁有的原子穿過一個(gè)經(jīng)典電磁場(chǎng)，經(jīng)典電磁場(chǎng)的 頻率與原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的躍遷頻率共振；兩位發(fā)送者根據(jù)各自所擁有的關(guān)于參數(shù) 曰，0的信息{ a 1，0 i}，調(diào)節(jié)經(jīng)典電磁場(chǎng)的復(fù)振幅.、原子與經(jīng)典場(chǎng)之間的禪合 系數(shù)W及原子在經(jīng)典場(chǎng)中的飛行時(shí)間ti，從而滿足W下條件：
其中 0 1= Q ilAilti; 第二步驟；完成第一步驟后，=個(gè)原子所組成的系統(tǒng)的量子態(tài)將演化至如下形式：
此時(shí)，兩位發(fā)送者分別對(duì)其所擁有的原子基矢進(jìn)行測(cè)量，判斷原子處于基態(tài)|g >或激 發(fā)態(tài)|e >，并將測(cè)量結(jié)果通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收者； 第=步驟；接收者根據(jù)來自兩位發(fā)送者的測(cè)量結(jié)果并結(jié)合參數(shù)a, 0的拆分方式，判

斷第=原子所處的狀態(tài)，從而確定秘密的單量子比特態(tài)14 >是否被恢復(fù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，在第=步驟中，如果對(duì)參數(shù)a, P的拆分符合W下關(guān)系，
則當(dāng)來自兩位發(fā)送者的經(jīng)典信息顯示第一原子和第二原子都處于基態(tài)時(shí)，即兩個(gè)原子 的狀態(tài)為I g > 11 g > 2,判斷第S原子處于秘密單量子比特態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，在第=步驟中，如果對(duì)參數(shù)a, P的拆分符合W下關(guān)系，
則當(dāng)來自兩位發(fā)送者的經(jīng)典信息顯示第一原子處于基態(tài)，而第二原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)， 即兩個(gè)原子的狀態(tài)為|g > lie > 2,判斷第S原子處于秘密單量子比特態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，在第=步驟中，如果對(duì)參數(shù)a, P的拆分符合W下關(guān)系，
則當(dāng)來自兩位發(fā)送者的經(jīng)典信息顯示第一原子處于激發(fā)態(tài)，而第二原子處于基態(tài)時(shí)， 即兩個(gè)原子的狀態(tài)為|e > i|g > 2,判斷第S原子處于秘密單量子比特態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其 特征在于，在第=步驟中，如果對(duì)參數(shù)a, P的拆分符合W下關(guān)系，
則當(dāng)來自兩位發(fā)送者的經(jīng)典信息顯示第一原子和第二原子都處于激發(fā)態(tài)時(shí)，即兩個(gè)原 子的狀態(tài)為|e > lie > 2,判斷第S原子處于秘密單量子比特態(tài)。


【專利摘要】一種基于單原子操作的多方聯(lián)合遠(yuǎn)程制備量子態(tài)的方法，其中使兩位發(fā)送者遠(yuǎn)程協(xié)助一位接收者恢復(fù)秘密單原子量子比特態(tài)：|Φ＞＝α|g＞+β|e＞；其中|g＞l|e＞分別表示兩能級(jí)原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)，參數(shù)α,β為實(shí)數(shù)，且滿足條件α2+β2＝1；而且參數(shù)α,β描述了秘密量子比特的所有信息，秘密量子比特的所有信息被拆分為兩個(gè)部分，分別被兩位發(fā)送者所擁有。第一發(fā)送者擁有的信息為{α1，β1},第二發(fā)送者擁有的信息為{α2，β2}；兩位發(fā)送者和一位接收者之間共享一個(gè)由三個(gè)兩能級(jí)原子組成的W型量子糾纏態(tài)其中第一原子屬于第一發(fā)送者，第二原子屬于第二發(fā)送者，第三原子屬于接收者。
【IPC分類】H04B10-70
【公開號(hào)】CN104601248
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410836678
【發(fā)明人】肖驍琦
【申請(qǐng)人】上海電機(jī)學(xué)院
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日