光量子态远程操控系统的制作方法

本实用新型涉及量子通信技术领域，具体为一种光量子态远程操控系统。

背景技术：

量子态是量子通信与量子计算的信息载体，加载在量子态上信息的安全受到了不确定性关系、不可克隆原理等量子力学基本原理的保障，因此可以保证通讯的绝对安全，其中量子态操控是量子通信的重要任务之一。当前的量子态远程操控装置绝大多数都是基于理想状况下以最大纠缠信道为量子纠缠信道的远程操控系统，或者是基于部分纠缠态的量子态概率远程操控系统，而没有基于部分纠缠信道确定的量子态可控远程操作系统，主要原因在于难以找到合适的量子纠缠信道以及相匹配的量子测量方法。由于现有的量子态远程操控系统都是基于理想状况下，因此操控的稳定性和安全性都很差，造成了通信的效率较为低下，而且安全性也不高。同时当前的量子通信学术领域，关于光量子计算方法的研究也很多，例如中国科学技术大学博士学位论文《光量子计算及其算法实现》，作者：蔡昕东，时间：2015年5 月，通常这类研究都只有光量子的详细算法，但无具体的基于非理想状况下的光量子操控系统，因此仍旧无法提高通信的效率和安全性。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型一种光量子态远程操控系统，通过科学合理设置量子正交测量模块、局域么正操作模块、贝尔基测量模块和量子操作模块，再结合可控远程操控策略，以非最大纠缠MS态为量子纠缠信道，依据可控远程量子态操控协议，在控制方的控制下实现量子态确定的远程操控。由于本系统的远程量子态操控协议受控制方控制，只有在与控制方合作的情况下才能完成量子态的可控远程操控，同时本系统无需基于理想状况下以最大纠缠信道为量子纠缠信道，因此与现有的量子态远程操控装置相比，本系统具有更高的安全性和稳定性，从而有效解决了上述问题。

本实用新型采用的技术方案是：

一种光量子态远程操控系统，其特征在于：包括第一贝尔基测量模块和第二贝尔基测量模块，所述第一贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别与第一局域么正操作模块第四射入端、第三射入端连接，所述第一局域么正操作模块第二射入端与第一正交投影测量模块射出端连接，所述第一局域么正操作模块射出端与量子操作模块射入端连接，所述量子操作模块射出端与所述第二贝尔基测量模块第一射入端连接，所述第二贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别与第二局域么正操作模块第三射入端、第四射入端连接，所述第二局域么正操作模块第二射入端与第二正交投影测量模块射出端连接，所述第二局域么正操作模块射出端与外部的量子储存装置射入端连接；所述第一贝尔基测量模块的第一射入端和第二射入端、第二局域么正操作模块射入端、第一正交投影测量模块射入端、第二正交投影测量模块射入端、第一局域么正操作模块第一射入端、第二贝尔基测量模块第二射入端分别用于与外部的光量子信号源第一至第七射出端连接。

本系统中，接收方由第一贝尔基测量模块和第二局域么正操作模块组成，控制方由第一正交投影测量模块和第二正交投影测量模块组成，发送方由第一局域么正操作模块、量子操作模块和第二贝尔基测量模块组成，然后光量子信号源第一至第七射出端依次射出第三接收粒子b、第一接收粒子B1、第二接收粒子B2、第一控制粒子C1、第二控制粒子C2、第一发送粒子A1和第二发送粒子A2，首先接收方的第一贝尔基测量模块对粒子b、粒子B1进行贝尔基测量并将测量结果传送给发送方的第一局域么正操作模块，同时控制方的第一正交投影测量模块对粒子C1执行正交投影测量并将测量结果传送给发送方的第一局域么正操作模块，然后第一局域么正操作模块根据第一贝尔基测量模块和第一局域么正操作模块传送过来的测量结果在粒子A1上重建单量子态，再通过量子操作模块将粒子A1状态演化为目标状态接着发送方的第二贝尔基测量模块再对粒子A1、粒子A2执行贝尔基测量并将测量结果传送给接收方的第二局域么正操作模块，同时控制方的第二正交投影测量模块对粒子C2执行正交投影测量并将测量结果传送给接收方的第二局域么正操作模块，最后由第二局域么正操作模块根据第二贝尔基测量模块和第二正交投影测量模块传送过来的测量结果选择对粒子B2执行局域么正操作从而完成在粒子B2上制备目标态

进一步的，所述第一贝尔基测量模块、第二贝尔基测量模块、第一正交投影测量模块和第二正交投影测量模块均为光子探测器。

进一步的，所述第一局域么正操作模块、第二局域么正操作模块和量子操作模块均为单量子门。

进一步的，所述第一贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端分别通过经典信道与第一局域么正操作模块第四射入端、第三射入端连接，所述第一局域么正操作模块第二射入端通过经典信道与第一正交投影测量模块射出端连接，所述第二局域么正操作模块第二射入端通过经典信道与第二正交投影测量模块射出端连接，所述第二贝尔基测量模块第一射出端、第二射出端通过经典信道分别与第二局域么正操作模块第三射入端、第四射入端连接。

通过经典信道传输光量子测量结果可有效降低系统的制造成本。

进一步的，所述连接的线路包括包括无线传输连接线路和光纤连接线路；

当连接的两个光学元件之间的传输距离大于等于1km时采用光纤连接线路；当连接的两个光学元件之间的传输距离小于1km时采用无线传输连接线路。

进一步的，所述单量子门为玻片。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果：

本实用新型一种光量子态远程操控系统，与现有的量子态远程操控系统相比，具有更高的安全性和稳定性，显著提高了通信效率，而且本实用新型所需的光学器件均为常见的线性光学元件，因此易操作、可行性强、应用前景广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本实用新型的结构框图；

图2本实用新型的具体实施图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图2所示，第一贝尔基测量模块为第一光子探测器BSM1，第二贝尔基测量模块为第二光子探测器BSM2，第一正交投影测量模块为第三光子探测器S3，第二正交投影测量模块为第四光子探测器S4，第一局域么正操作模块为第一玻片e1，第二局域么正操作模块为第二玻片e2，量子操作模块为第三玻片e3，外部的量子储存装置为储存器；

所述第一光子探测器BSM1的第一射出端、第二射出端通过经典信道分别与第一玻片e1的第四射入端、第三射入端连接，所述第一玻片e1的第二射入端通过经典信道与第三光子探测器S3射出端连接，所述第一玻片e1射出端与第三玻片e3射入端连接，所述第三玻片e3射出端与第二光子探测器BSM2第一射入端连接，所述第二光子探测器 BSM2第一射出端、第二射出端通过经典信道分别与第二玻片e2第三射入端、第四射入端连接，所述第二玻片e2第二射入端通过经典信道与第四光子探测器S4射出端连接，所述第二玻片e2射出端与存储器射入端连接，所述第一光子探测器BSM1的第一射入端和第二射入端、第二玻片e2射入端、第三光子探测器S3射入端、第四光子探测器S4 射入端、第一玻片e1第一射入端、第二光子探测器BSM2第二射入端分别用于与光量子信号源第一至第七射出端连接；

当上述任意连接的两个光学元件之间的传输距离大于等于1km时采用光纤连接，当上述任意连接的两个光学元件之间的传输距离小于 1km时采用无线传输连接。

本实用新型的工作过程如下：

步骤(1)：第一光子探测器BSM1和第二玻片e2组成接收方，第三光子探测器S3和第四光子探测器S4组成控制方，第一玻片e1、第三玻片e3和第二光子探测器BSM2组成发送方，光量子信号源第一至第七射出端依次射出第三接收粒子b、第一接收粒子B1、第二接收粒子 B2、第一控制粒子C1、第二控制粒子C2、第一发送粒子A1和第二发送粒子A2，所述发送方拥有第一发送粒子A1和第二发送粒子A2，所述接收方拥有第一接收粒子B1、第二接收粒子B2和第三接收粒子b，所述控制方拥有第一控制粒子C1和第二控制粒子C2，此时发送方、接收方和控制方共享2个非最大纠缠MS态

式中|d1|²+|d2|²＝1、|d3|²+|d4|²＝1，所述第三接收粒子b的单量子态为|x>b＝(α0|0>+α1|1>)b，式中 |α0|²+|α1|²＝1，|0>代表光量子水平偏振态，|1>代表光量子垂直偏振态；

步骤(2)：第一光子探测器BSM1分别对第三接收粒子b、第一接收粒子B1执行贝尔基测量得到测量结果i1和i2，其中i1＝0或1、i2＝0或1，第三光子探测器S3对第一控制粒子C1执行正交投影测量得到测量结果k1，其中k1＝0或1，所述第一控制粒子C1执行正交投影测量后的状态为当k1＝0时，当k1＝1时，

此时由第一发送粒子A1、第一接收粒子B1、第一控制粒子C1和第三接收粒子b组成的复合系统状态表示为：

，式中代表第一接收粒子B1和第三接收粒子b进行贝尔基测量后的状态，其中表示k1+i1模2，代表第一发送粒子A1和第一控制粒子C1塌缩成与相应的状态，代表第一发送粒子A1和第一控制粒子C1塌缩成与测量结果i1、i2相应的状态，所述与测量结果i1、i2的对应关系如下：

当i1＝i2＝0，

当i1＝0、i2＝1，

当i1＝1、i2＝0，

当i1＝i2＝1，

粒子b执行贝尔基测量后的状态为|x0>b＝(α0|0>+α1|1>|)b、 |x1>b＝(α0|0＞-α1|1>)b、|x′0>b＝(α0|1>+α1|0>)b、|x′1>b＝(α0|1>-α1|0>)b，此时粒子 A1的状态已由粒子b赋予，因此式中

步骤(3)：第一光子探测器BSM1将测量结果i1、i2通过经典信道传输至第一玻片e1，第三光子探测器S3将测量结果k1通过经典信道传输至第一玻片e1后，第一发送粒子A1的状态继而塌缩成与测量结果i1、 i2、k1相应的状态然后第一玻片e1根据粒子A1所处的状态选择对粒子A1执行相应的局域幺正操作即重建粒子A1原来的单量子态，其中或1，所述及i1的对应关系如下图所示：

步骤(4)：在第一发送粒子A1上重建原来的单量子态后，第三玻片e3用量子操控Ux将粒子A1状态演化为目标状态式中|α0′|²+|α1′|²＝1，然后第二光子探测器BSM2 再分别对第一发送粒子A1、第二发送粒子A2执行贝尔基测量得到测量结果i3和i4，其中i3＝0或1、i4＝0或1，第四光子探测器S4对第二控制粒子C2执行正交投影测量得到测量结果k2，所述第二控制粒子C2执行正交投影测量后的状态为当k2＝0时，当k2＝1时，

此时由第一发送粒子A1、第二发送粒子A2、第二接收粒子B2和第二控制粒子C2组成的复合系统状态表示为：式中代表粒子A1、粒子A2进行贝尔基测量后的状态，其中表示k2+i3模2，代表第二接收粒子B2和第二控制粒子C2塌缩成与测量结果i3、i4相应的状态，所述与测量结果i3、i4的对应关系如下：

当i3＝i4＝0，

当i3＝0、i4＝1，

当i3＝1、i4＝0，

当i3＝i4＝1，

粒子B2的状态由粒子A1执行贝尔基测量后赋予，因此式中

步骤(5)：第二光子探测器BSM2将测量结果i3、i4通过经典信道传输至第二玻片e2，第四光子探测器S4将测量结果k2通过经典信道传输至第二玻片e2后，第二接收粒子B2的状态继而塌缩成与测量结果i3、 i4、k2相应的状态然后第二玻片e2根据粒子B2所处的状态选择对粒子B2执行相应的局域么正操作式中或1，所述及i3的对应关系如下图所示：

对粒子B2执行完局域么正操作后，根据即在粒子B2上完成制备目标态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。