可蒸馏密钥的估计方法、装置、设备及存储介质与流程

本公开涉及计算机，尤其涉及量子计算。

背景技术：

1、在实际应用中，由于噪声或者是窃听者等诸多因素的影响，量子密钥可能会出现错误。因此，需要一些额外的操作来确保能够安全地获取到量子密钥。此时，从有错的条件下，仅通过可信的经典通信信道(authentic classical communication channel)获得安全的量子密钥的行为，被称为密钥蒸馏(secret key distillation)。但是，当前，对于一个量子态的可蒸馏密钥的计算是极为困难的。

技术实现思路

1、本公开提供了一种用于可蒸馏密钥的估计方法、装置、设备及存储介质。

2、根据本公开的一方面，提供了一种可蒸馏密钥的估计方法，包括：

3、得到目标量子态ρab；其中，所述目标量子态ρab表示包含有n个量子比特的目标量子系统ab的纠缠态；所述目标量子系统ab为由第一量子系统a和第二量子系统b所组成的双量子系统；

4、基于所述目标量子态ρab，生成量子纯态ρabee’；其中，e表示包含有m个量子比特的、用于对所述目标量子系统ab进行拓展的拓展量子系统，e'表示包含有(m+n)个量子比特的、用于辅助制备量子纯态ρabee’的辅助量子系统；所述n为大于等于2的正整数，所述m为大于等于1的正整数；

5、将所述量子纯态ρabee’作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统ab和拓展量子系统e所对应的总拓展量子系统的输出量子态σabe(θ)；其中，所述目标参数化量子电路包含有2(n+m)个量子比特，θ表示所述目标参数化量子电路的可调参数向量；

6、利用所述输出量子态σabe(θ)，得到所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值，其中，所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值用于估计所述目标量子态ρab的可蒸馏密钥。

7、根据本公开的另一方面，提供了一种可蒸馏密钥的估计装置，包括：

8、获取单元，用于得到目标量子态ρab；其中，所述目标量子态ρab表示包含有n个量子比特的目标量子系统ab的纠缠态；所述目标量子系统ab为由第一量子系统a和第二量子系统b所组成的双量子系统；

9、处理单元，用于基于所述目标量子态ρab，生成量子纯态ρabee'；其中，e表示包含有m个量子比特的、用于对所述目标量子系统ab进行拓展的拓展量子系统，e'表示包含有(m+n)个量子比特的、用于辅助制备量子纯态ρabee’的辅助量子系统；所述n为大于等于2的正整数，所述m为大于等于1的正整数；将所述量子纯态ρabee’作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统ab和拓展量子系统e所对应的总拓展量子系统的输出量子态σabe(θ)；其中，所述目标参数化量子电路包含有2(n+m)个量子比特，θ表示所述目标参数化量子电路的可调参数向量；利用所述输出量子态σabe(θ)，得到所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值，其中，所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值用于估计所述目标量子态ρab的可蒸馏密钥。

10、根据本公开的再一方面，提供了一种计算设备，包括：

11、至少一个量子处理单元qpu；

12、存储器，耦合到所述至少一个qpu并用于存储可执行指令，

13、所述指令被所述至少一个qpu执行，以使所述至少一个qpu能够执行以上所述的方法；

14、或者，包括：

15、至少一个处理器；以及

16、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

17、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上所述的方法。

18、根据本公开的再一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行以上所述的方法；

19、或者，所述计算机指令用于使所述计算机执行以上所述的方法。

20、根据本公开的再一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被至少一个量子处理单元执行时实现以上所述的方法；

21、或者所述计算机程序在被处理器执行时实现以上所述的方法。

22、这样，本公开方案利用目标量子系统ab的拓展量子系统e来估计得到目标量子态ρab的压缩纠缠，以用于估计所述目标量子态ρab的可蒸馏密钥，该方案利用了较少的计算资源，即可完成对目标量子态ρab的压缩纠缠的估计，具有高效性，而且本公开方案的计算复杂度较低，易于实施。

23、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种可蒸馏密钥的估计方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值为所述目标量子态ρab的可蒸馏密钥的上界。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述利用输出量子态σabe(θ)，得到所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述目标损失函数c(θ)是基于所述输出量子态σabe(θ)的条件互信息i(a；b|e)所得。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述得到基于输出量子态σabe(θ)所构造的目标损失函数c(θ)的目标函数值，包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述目标参数化量子电路中除所述连续的2m+n个量子位之外的剩余的n个量子位连续，其中，n个连续的量子位位于所述目标参数化量子电路中前n个量子位，或者最后n个量子位。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预设参数化量子电路包含有作用于量子比特上的参数化单比特量子门，以及使两个量子比特之间产生纠缠的双比特量子门。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述参数化单比特量子门为包含有至少一个可调旋转参数的旋转门；其中，所述可调参数向量θ是基于参数化单比特量子门中的可调旋转参数所形成的。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述双比特量子门为受控非门，或受控酉门。

11.一种可蒸馏密钥的估计装置，包括：

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述目标量子态ρab的压缩纠缠的估计值为所述目标量子态ρab的可蒸馏密钥的上界。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述处理单元，具体用于：

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述目标损失函数c(θ)是基于所述输出量子态σabe(θ)的条件互信息i(a；b|e)所得。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述处理单元，具体用于：

16.根据权利要求11-15任一项所述的装置，其中，所述处理单元，还用于：

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述目标参数化量子电路中除所述连续的2m+n个量子位之外的剩余的n个量子位连续，其中，n个连续的量子位位于所述目标参数化量子电路中前n个量子位，或者最后n个量子位。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述预设参数化量子电路包含有作用于量子比特上的参数化单比特量子门，以及使两个量子比特之间产生纠缠的双比特量子门。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述参数化单比特量子门为包含有至少一个可调旋转参数的旋转门；其中，所述可调参数向量θ是基于参数化单比特量子门中的可调旋转参数所形成的。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述双比特量子门为受控非门，或受控酉门。

21.一种计算设备，包括：

22.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行根据权利要求1至10任一项所述的方法；

23.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被至少一个量子处理单元执行时实现根据权利要求1-10中任一项所述的方法；

技术总结
本公开提供了可蒸馏密钥的估计方法、装置、设备及存储介质，涉及计算机技术领域，尤其涉及量子计算领域。具体实现方案为：得到目标量子态ρ<supgt;AB</supgt;；基于所述目标量子态ρ<supgt;AB</supgt;，生成量子纯态ρ<supgt;ABEE'</supgt;；E表示包含有m个量子比特的拓展量子系统，E'表示包含有(m+n)个量子比特的辅助量子系统；将所述量子纯态ρ<supgt;ABEE'</supgt;作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统AB和拓展量子系统E所对应的总拓展量子系统的输出量子态σ<supgt;ABE</supgt;(θ)；利用所述输出量子态σ<supgt;ABE</supgt;(θ)，得到所述目标量子态ρ<supgt;AB</supgt;的压缩纠缠的估计值，所述目标量子态ρ<supgt;AB</supgt;的压缩纠缠的估计值用于估计所述目标量子态ρ<supgt;AB</supgt;的可蒸馏密钥。

技术研发人员：刘耕,王鑫
受保护的技术使用者：北京百度网讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13