基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法

摘要

本发明公开了一种基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法，包括确定至少两个发送终端到接收终端边缘节点之间的链式信道，并确定接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的GHZ信道；待传送信息由至少两个发送终端共同享有，至少两个发送终端共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息；接收终端边缘节点将待传送信息发送至多个候选接收终端，确定目标接收终端后，由其他的候选接收终端进行测量操作，并由目标接收终端进行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息。本发明在接收终端未定的情形下，同时实施联合远程态制备和候选接收终端选择的方案，极大的提高信息传送效率和信息安全性，解决目前终端缺少接收终端开放情形下的量子态远程制备方案的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络及信息传播技术领域，尤其涉及基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法。

背景技术

量子态远程制备(remote state preparation)是在经典信息和纠缠态的基础上成功地实现传送一个已知的量子态。2000年，Lo[6]，Pati[7]和Bennett[8]等人提出了远程制备已知量子态的方案。隐形传输方案和远程制备方案有很多相似之处，但是前者所要传输的量子态的信息是未知的，这与后者是完全不同的。远程态制备方案中，先决条件是发送方知道所要传输的量子态的信息，所以又被称为“对已知态的量子隐形传输”。远程态制备的基本思想：首先发送者Alice和接受者Bob分享纠缠资源，Alice再进行一些经典信息和局域操作，以达到传输一个她完全已知但Bob未知的量子态。

目前量子态远程制备方案均是基于发送终端和接收终端已定的条件下实现的，缺少接收终端开放情形下的量子态远程制备方案。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中缺少接收终端开放情形下的量子态远程制备方案的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明第一方面提供了一种由系统实现基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法，所述系统包括至少两个发送终端、接收终端边缘节点和多个候选接收终端，方法包括：

确定至少两个发送终端到接收终端边缘节点之间的链式信道，并确定所述接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的GHZ信道；

待传送信息由至少两个发送终端共同享有，至少两个发送终端共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息，所述接收终端边缘节点接收所述待传送信息；

所述接收终端边缘节点将所述待传送信息发送至多个候选接收终端，确定所述多个候选接收终端中的目标接收终端，由其他的候选接收终端进行测量操作，并由目标接收终端进行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息。

作为一个优选的技术方案，确定至少两个发送终端到接收终端边缘节点之间的链式信道包括：

将至少两个发送终端与接收终端边缘节点之间通过Bell信道进行连接，并通过中间节点测量操作在至少两个发送终端与接收终端边缘节点之间确定量子纠缠信道。

作为一个优选的技术方案，确定所述接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的GHZ信道包括：

将所述接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的Bell信道转化为所述接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的多粒子态的GHZ信道。

作为一个优选的技术方案，待传送信息由至少两个发送终端共同享有，至少两个发送终端共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息包括：

其中一个发送终端引入辅助粒子|0>

至少两个发送终端根据自己享有的部分待传送信息分别选择相应的幅度测量基和相位测量基，共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息。

作为一个优选的技术方案，至少两个发送终端根据自己享有的部分待传送信息分别选择相应的幅度测量基和相位测量基，共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息包括：

其中一个发送终端根据自己享有的部分待传送信息选择幅度测量基{|P

式中

作为一个优选的技术方案，其中一个发送终端对粒子的测量结果为|P

作为一个优选的技术方案，确定所述多个候选接收终端中的目标接收终端，由其他的候选接收终端进行测量操作，并由目标接收终端进行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息包括：

接收终端边缘节点对粒子进行Bell测量，得到第一测量结果，并将所述第一测量结果发送至目标候选接收终端；

多个候选接收终端确定目标接收终端后，其他的候选接收终端对自己的粒子进行H变换和基底测量，得到第二测量结果，并将所述第二测量结果发送至目标接收终端；

由目标接收终端根据第一测量结果和第二测量结果执行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息。

作为一个优选的技术方案，所述接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的纠缠态如下：

式中，({K}为二进制0、1序列，且含有偶数个1；

本发明第二方面提供了一种由发送终端执行基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法，包括：

确定至少两个发送终端到接收终端边缘节点之间的链式信道；

共同享有待传送信息的至少两个发送终端共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息，通过所述接收终端边缘节点将所述待传送信息发送至多个候选接收终端，在确定目标接收终端后，由其他的候选接收终端和目标接收终端恢复出由至少两个发送终端共同享有的待传送信息。

本发明第三方面提供了一种由接收终端边缘节点执行基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法，包括：

确定接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的GHZ信道；

接收终端边缘节点联合共同享有待传送信息的至少两个发送终端制备待传送信息，以及用于接收所述待传送信息并将所述待传送信息发送至多个候选接收终端，在确定目标接收终端后，由其他的候选接收终端和目标接收终端恢复出由至少两个发送终端共同享有的待传送信息。

本发明的有益效果：本发明在接收终端未定的情形下，同时实施联合远程态制备和候选接收终端选择的方案，从而极大的提高了信息传送效率和信息安全性，解决目前运营终端缺少接收终端开放情形下的量子态远程制备方案的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法的流程图。

图2为实施例中终端用户Alice、Bob中仅有两个未知终端粒子之间建立量子信道进行通信的示意图。

图3为本发明实施例基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

在介绍本发明内容之前，首先对本申请涉及到的技术名词进行说明，具体包括：

1.路径选择

路径选择设相邻的两个链路之间都采用Bell态的形式

2.Hadamard门

Hadamard门又叫H变换，它的作用可表示为：

其对单比特的操作表述如下，

3.Bell基

Bell基是由两粒子构成的最大纠缠态，它构成了四维Hilbert空间的一组完备正交基，具体形式如下：

4.量子受控非门

量子受控非门(controlled-NOT门或CNOT门)，它拥有两个输入量子比特，分别是控制量子比特和目标量子比特。其作用是：当控制量子比特为|0>时，目标量子比特状态不变；当控制量子比特为|1>时，则目标比特状态翻转。其对应的矩阵形式为：

5.H测量

H测量是先让待测粒子通过一个Hadamard门，再对待测粒子在|0>,|1>基底上作测量。

6.Pauli阵

本发明中还会用到一些幺正矩阵，也即Pauli阵。具体形式如下：

请参阅图1所示，本发明一种基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法包括如下步骤：

步骤S100：确定至少两个发送终端到接收终端边缘节点之间的链式信道，并确定接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间的GHZ信道。

示例地，整个网络中包含终端用户和一个中间骨干网络，其中终端用户包括发送终端和接收终端，中间骨干网络包含网络边缘节点和t个网络中间节点，网络边缘节点包含发送终端边缘节点和接收终端边缘节点。在此加速制备方案中，发送终端与接收终端边缘节点之间通过t个骨干网络中间节点之间的Bell信道进行连接的，并通过中间节点测量恢复出直接纠缠信道，接收终端边缘节点与多个候选接收终端之间通过相应的CNOT操作形成一个多粒子态的GHZ信道。

步骤S200：待传送信息由至少两个发送终端共同享有，至少两个发送终端共同为接收终端边缘节点联合制备待传送信息，接收终端边缘节点接收待传送信息。

示例地，其中一个发送终端引入辅助粒子|0>

步骤S300：接收终端边缘节点将待传送信息发送至多个候选接收终端，确定多个候选接收终端中的目标接收终端，由其他的候选接收终端进行测量操作，并由目标接收终端进行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息。

示例地，接收终端边缘节点对粒子进行Bell测量，得到第一测量结果，并将第一测量结果发送至多个候选接收终端；多个候选接收终端确定目标接收终端后，对其他的候选接收终端进行H变换和基底测量，得到第二测量结果，并将第二测量结果发送至目标接收终端；由目标接收终端根据第一测量结果和第二测量结果执行相对应的幺正变换，恢复出待传送信息。

综上，本发明在接收终端未定的情形下，同时实施联合远程态制备和候选接收终端选择的方案，从而极大的提高了信息传送效率和信息安全性，解决目前运营终端缺少接收终端开放情形下的量子态远程制备方案的问题。

请参阅图2和图3所示，下面以实施例的方式详细介绍本发明一种基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法，实施例以终端未定的2个候选接收用户和2个中间节点为例。实现终端用户Alice、Bob给另一终端用户Charlie传送已知量子态信息。在传送过程中Alice、Bob帮助接收用户边缘节点远程制备目标态为：

其中终端用户包括发送用户Alice、Bob和接收用户Charlie，中间骨干网络包含网络边缘节点和2个网络中间节点；网络边缘节点包含发送用户边缘节点和接收用户边缘节点。

由于本实施例是针对2个候选接收用户，接收用户边缘节点包含粒子a

具体的，一种基于终端未定的联合量子远程态加速制备方法包括如下步骤：

步骤1：接收用户边缘节点和2个候选接收用户c

接收用户边缘节点对粒子(a

接收用户边缘节点对a

步骤2：在传输路径上，发送用户、接收用户边缘节点与2个中间节点之间均彼此两两互联，彼此之间共享一个两比特最大纠缠Bell态，

其中

因此，中间节点对自己拥有的粒子(2，3)进行bell测量并将测量结果发送给接收用户边缘节点，若中间节点测量结果为

具体地，若中间节点对粒子(2，3)进行bell测量的结果为

最终发送用户Alice与接收用户边缘节点之间的信道转化为：

步骤2.1：首先对信道进行预处理，发送用户Alice添加辅助粒子|0>

再对粒子对(1，b)进行CNOT操作，其中粒子1为控制量子比特，粒子b为受控量子比特，并将操作后的粒子b发送给Bob管理，则原来信道转换为

发送用户Alice和Bob共同为接收用户边缘节点联合制备待传送信息，为了获得幅度信息，Alice根据自己掌握的信息选择相应幅度测量基{|P

其中

由上式可知，发送用户Alice对粒子1的测量结果为|P

具体地，若发送用户Alice对粒子1测量结果为|P

值得说明的是，上述步骤1和步骤2可以同时进行。

步骤3：在接收用户边缘节点和2个候选接收用户之间建立纠缠态如下：

由上式结果可知，首先接收用户边缘节点选择Bell测量基|00>±|11>、|01>±|10>来测量粒子4和a

结合上述通信过程，若发送用户Alice对粒子1测量结果为|P

若发送用户Alice对粒子1测量结果为|P

若发送用户Alice对粒子1测量结果为|P

若发送用户Alice对粒子1测量结果为|P

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。