未知任意二粒子的双向受控量子隐形传态的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及量子通信技术领域，具体涉及一种未知任意二粒子的双向受控量子隐 形传态的方法。
【背景技术】
[0002] 量子通信是在经典信息论和量子力学的基础上发展起来的通信技术。其利用量子 纠缠效应采用单光子加载和传输信息，由于量子态具有叠加性、不可克隆和测不准等特性， 因此，与传统通信技术相比，量子通信具有传输容量大、保密性强等特点，其在军事、国防、 信息安全等领域拥有广阔的应用前景。近年来，量子通信技术逐渐成熟，具有实用意义的量 子通信产品已经开始产业应用。
[0003] 和经典通信技术相比，量子通信具有两个通信信道，经典信道和量子信道。量子态 信息的传输叫量子隐形传态（Quantumteleportation)，它是指发送方Alice和接收方Bob 以共享的量子纠缠态作为量子信道，通过局域操作，并借助于经典信道和经典通信，发送方 Alice将未知量子态传送给接收方Bob，从而实现量子信息的传输。具体说，接收方Bob和 发送方Alice首先要拥有一对共享的EPR对（即BELL态），共享的EPR对和信息载体粒子 共同构成量子通信联合系统，发送方Alice将它拥有的一半EPR对和信息载体粒子进行联 合BELL测量，并将测量结果通过经典信道传送给接收方Bob，接收方Bob所拥有的一半EPR 对在瞬间塌陷为另一状态，也即塌陷态，接收方Bob在接收到的BELL测量结果的基础上对 自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换，即可恢复信息载体粒子的量子态，从而构造 出原量子态的全貌。由于量子态具有不可克隆和测不准特性，要构造出原量子态的全貌具 有较高的难度，因此，目前的量子信息主要采用单向单线程的传递模式。
[0004] 洪智慧，聂义友，易小杰，李富松于2007年在江西师范大学学报发表的"四粒子团 簇态的量子隐形传态"一文中公开以四粒子最大纠缠态为量子信道，发送方Alice将一个未 知粒子态借助量子信道传送到接收方Bob的过程，接收方Bob施行64种局部酉变换可重新 构建未知二粒子的原始态。但该方案未知单粒子的粒子态传递为单向单线程传递，所承载 的量子信息较少，信息传输效率较低，同时该方案的量子信道假定为最大纠缠态下的量子 信道，文中并没有公开量子信道为非最大纠缠态下的执行效果和针对量子信道非最大纠缠 态下的技术方案。
[0005] 李翠翠，聂义友，桑明煌于2012年在江西师范大学学报发表的"基于6粒子纠缠态 的未知单粒子态量子信息共享"一文中公开了一个单粒子未知态的量子信息共享方案，其 中，发送方Alice、接收方Bob、监督方Charlie共享一个6粒子纠缠态，也即以一个6粒子 纠缠态为量子信道，粒子1、2、3和6分配给发送方Alice，粒子4分配给监督方Charlie，粒 子5分配给接收方Bob ;发送方Alice要把一个未知单粒子A的粒子态传送给接收方Bob， 首先，Alice将粒子A和粒子1在Bell基下进行Bell测量，对粒子2、3和6在{0，1}基下 做单粒子测量，Alice将测量结果通过经典信道告诉接收方Bob和监督方Charlie;测量后， 监督方Charlie的粒子4, Bob的粒子5瞬间塌陷为另一态，在该塌陷态下，监督方Charlie 对自己的粒子4进行测量，并将测量结果通过经典信道告诉接收方Bob。接收方Bob根据 发送方Alice和监督方Charlie的测量结果对自己手中的粒子5做适当的么正变换，即可 重建未知单粒子A的原始量子态，从而实现了量子信息共享。显然，上述量子态的传递为 单向单线程传递，且需要发送方Alice、接收方Bob、监督方Charlie三方配合才能实现未知 单粒子A的原始量子态的重新构建，接收方Bob和监督方Charlie任何一方仅靠自己均不 能获得未知单粒子A的原始量子态，只有在另一方的帮助下，才能重建未知单粒子A的量子 态。同时，仅在实现未知单粒子A量子态的传递和量子态重新构建的目标下，发送方Alice 既要进行未知单粒子A和粒子1在Bell基下的Bell测量，同时还要对对粒子2、3和6在 {〇，1}基下做单粒子测量，粒子测量的工作量较大，相应，后续过程中，Bob对自己手中的粒 子5做么正变换的工作量也会增大很多。该方案未知单粒子的粒子态传递为单向单线程传 递，所承载的量子信息较少，信息传输效率较低，同时该方案的量子信道假定为最大纠缠态 下的量子信道，文中并没有公开量子信道为非最大纠缠态下的执行效果和针对量子信道非 最大纠缠态下的技术方案。
[0006] 肖仕敏于2012年在江西师范大学学报发表的"基于五粒子纠缠态的隐形传态和 信息分离"一文中公开了一个基于五粒子团簇态的量子隐形传态方案，其中，发送方Alice、 接收方Bob共享一个五粒子团簇态，也即以一个五粒子团簇态为量子信道，发送方Alice对 其拥有的粒子和任意未知二粒子做一次五粒子von-Neumann联合测量，并将测量结果通过 经典信道传递给接收方Bob，接收方在接收到的测量结果的基础上对自己拥有的粒子做相 应的么正变换，从而重建任意未知二粒子的原始态。上述方案中没有涉及监督方Charlie， 虽然实现任意二粒子隐形传态，但只是在一个五粒子团簇态下实现任意二粒子的粒子态的 单向单线程，显然未知二粒子的粒子态的单向单传递，所承载的量子信息较少，信息传输效 率较低。上述方案无法实现粒子态的双向传递。文中还公开了一种以五粒子纠缠态为量子 信道实现对任意未知二粒子任意态的信息分离方案，发送方Alice，监督方Charlie和接收 方Bob共享一个五粒子纠缠态，也即以一个五粒子纠缠态为量子信道，发送方Alice将拥有 的粒子和任意未知二粒子在Bell基下进行联合Bell测量，Alice将测量结果通过经典信 道传递给接收方Bob，监督方Charlie对其拥有的粒子执行单粒子测量，并将测量结果通过 经典信道传递给接收方Bob，接收方Bob根据收到的发送方Alice和监督方Charlie的测量 结果，对自己拥有的粒子做么正变换，从而重新构建任意未知二粒子的原始态。但是该方案 以一个五粒子团簇态作为量子信道，实现任意未知二粒子的粒子态的单向单传递，所承载 的量子信息较少，信息传输效率较低，同时该方案的量子信道假定为最大纠缠态下的量子 信道，文中并没有公开量子信道为非最大纠缠态下的执行效果和针对量子信道非最大纠缠 态下的技术方案。
[0007] 上述量子纠缠（quantumentanglement)，其用于定义两个以上粒子构成的量子 系统的特殊量子态，这种特殊量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积。纠缠态 作为一种物理资源，在量子信息的各方面，如量子隐形传态、量子密钥分配、量子计算等 都起着重要作用。团族态（clusterstates)是 R.Raussendorf 和 H.J.Briegel 于 2001 年提出的一种新纠缠态，其具有最大连通性（MaximumConnectedness)和持续纠缠性 (Thepersistencyofentanglement)，且在粒子数N>3时，才能显示出其团簇态的性质。
[0008] 实际应用中，量子通信存在种种不可避免的环境噪声，制备出来的纠缠态并非都 是最大纠缠态，同时量子纠缠态的品质受环境的消相干作用也会退化成为混合态，混合纠 缠态进行量子通信和量子计算将会导致信息失真，因此量子通信目前只能停留在短距离应 用。
[0009] 综上所述，现有技术中的量子隐形传态，主要假定量子信道处于最大纠缠态情况 下，发送方A1 ice将未知粒子的粒子态单向单线程传递给接收方Bob，接受方通过么正变换 恢复信息载体粒子的量子态，目前的技术方案存在承载的量子信息较少，信息传输效率较 低的技术问题，同时，现有技术的团簇态的量子信道，由于存在种种不可避免的环境噪声， 量子纠缠态的品质会随着传送距离的增加而逐渐降低，也即实际应用中的量子信道为非最 大纠缠态，导致以最大纠缠态为量子信道假定的现有技术方案只能停留在短距离应用，无 法应用到远距离量子信息传输的技术问题。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现量子信息双向传递的未知任意二 粒子的双向受控量子隐形传态的方法，从而进一步提高量子隐