一种单个五比特Brown态信道双向隐形传态方法

本发明涉及量子通信隐形传态网络机制，尤其是指一种单个五比特brown态信道双向隐形传态方法与brown态链式信道双向隐形传态方法。

背景技术：

1、量子隐形传态是量子通信中的重要研究方向之一。早期的量子隐形传态体系大多以最大纠缠态作为量子信道在两个通信终端间传送未知量子态，但实际中由于量子态与周围环境的耦合作用，很容易导致量子态向非最大纠缠态的演化，造成量子资源的浪费。因此，一些概率隐形传态方法被相继提出，但信息传送存在一定失败的可能性，且隐形传态过程一旦失败，传送的未知量子态随之丢失。

2、且现有的量子隐形传态方法通常需要多个量子比特和复杂的操作，导致传输效率较低，易受窃听和干扰的威胁，降低了传输安全性。在传统的量子通信中，常常需要通过不同的通信通道来传输不同的量子态，需要对各通信信道分别进行量子态的制备、测量和传输等多个步骤，这会浪费大量的时间和资源，导致传输效率低下；且不同的通信通道难以扩展到更大的通信网络，限制了量子通信的应用范围。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中需要不同的通信信道来传输不同量子态，且信道难以扩展的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种单个五比特brown态信道双向隐形传态方法，包括：

3、基于单个五比特brown态，构建单个五比特brown态信道；

4、基于所述单个五比特brown态信道，以及第一通信方alice、第二通信方bob与监察方charlie，构建单个五比特brown态通信系统，并进行量子分配；

5、第一通信方alice对其自身携带的粒子进行bell测量，获取第一测量结果，发送至所述第二通信方bob与所述监察方charlie；

6、第二通信方bob对其自身携带的粒子进行bell测量，获取第二测量结果，发送至所述第一通信方alice与所述监察方charlie；

7、监察方charlie对所述单个五比特brown态信道的控制粒子进行单比特测量，获取控制粒子测量结果，发送至第一通信方alice与第二通信方bob；

8、第一通信方alice根据所述第二测量结果与所述控制粒子测量结果，对其接受到的来自第二通信方bob的单比特量子态进行幺正变换；第二通信方bob根据所述第一测量结果与所述控制粒子测量结果，对其接收到的来自第一通信方alice的单比特量子态进行幺正变换，完成基于单个五比特brown态信道的双向隐形传态。

9、在本发明的一个实施例中，所述基于所述单个五比特brown态信道，以及第一通信方alice、第二通信方bob与监察方charlie，构建单个五比特brown态通信系统，并进行量子分配，包括：

10、所述单个五比特brown态信道，表示为：

11、

12、a0和a1为第一通信方alice的待传输单比特量子态的两个未知复数，满足归一化条件|a0|2+|a1|2＝1；b0和b1为第二通信方bob的待传输单比特量子态的两个未知复数，满足归一化条件|b02+|b1|2＝1；

13、进行量子分配，包括：将粒子(a,2,4)分配至第一通信方alice，将粒子(b,3,5)分配至第二通信方bob，将粒子1分配至监察方charlie。

14、在本发明的一个实施例中，所述第一测量结果、所述第二测量结果与所述控制粒子测量结果的获取，包括：第一通信方alice对粒子对(a,2)进行bell测量，第二通信方bob对粒子对(b,5)进行bell测量，监察方charlie对粒子1以{|0>,|1>}为测量基进行单比特测量。

15、在本发明的一个实施例中，所述第一通信方alice根据所述第二测量结果与所述控制粒子测量结果，对其接受到的来自第二通信方bob的单比特量子态进行幺正变换；第二通信方bob根据所述第一测量结果与所述控制粒子测量结果，对其接收到的来自第一通信方alice的单比特量子态进行幺正变换，包括：

16、若所述控制粒子测量结果为|0>1，当第二测量结果为|00>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作当第一测量结果为|01>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作当第一测量结果为|10>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作当第一测量结果为|11>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作i4；

17、若所述控制粒子测量结果为|1>1，当第二测量结果为|00>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作i4；当第一测量结果为|01>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作当第一测量结果为|10>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作当第一测量结果为|11>b5时，则第一通信方alice执行幺正操作

18、若所述控制粒子测量结果为|0>1，当第一测量结果为|00>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作当第一测量结果为|01>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作i3；当第一测量结果为|10>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作当第一测量结果为|11>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作

19、若所述控制粒子测量结果为|1>1，当第一测量结果为|00>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作i3；当第一测量结果为|01>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作当第一测量结果为|10>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作当第一测量结果为|11>a2时，则第二通信方bob执行幺正操作

20、本发明实施例还提供了一种brown态链式信道双向隐形传态方法，包括：

21、基于n+1个如上述所述的单个五比特brown态信道，构建brown态链式信道；

22、基于brown态链式信道，以及第一通信方alice、第二通信方bob与n个辅助方assistant，构建brown态链式通信系统，并进行量子分配；

23、n个辅助方assistant均对其自身携带的粒子进行测量，获取对应的辅助测量结果，发送至第一通信方alice与第二通信方bob；

24、第二通信方bob，根据所述辅助测量结果，对brown态链式信道进行预设操作，获取标准五比特brown态链式信道；

25、基于所述标准五比特brown态链式信道，第一通信方alice根据所述第二测量结果，对其接受到的来自第二通信方bob的单比特量子态进行幺正变换；第二通信方bob根据所述第一测量结果，对其接收到的来自第一通信方alice的单比特量子态进行幺正变换，完成基于brown态链式信道的双向隐形传态。

26、在本发明的一个实施例中，所述基于brown态链式信道，以及第一通信方alice、第二通信方bob与n个辅助方assistant，构建brown态链式通信系统，并进行量子分配，包括：

27、基于n+1个所述单个五比特brown态信道，构建brown态链式信道，表示为：

28、

29、其中，n表示辅助方assistant的个数，表示第k组单个五比特brown态信道，0≤k≤n；所述单个五比特brown态信道，表示为：

30、

31、其中，|φ+>、|ψ+>、|φ->与|ψ->分别为00最大纠缠态|β00>、01最大纠缠态|β01＞、10最大纠缠态|β10＞与11最大纠缠态|β11>，表示为：

32、

33、基于brown态链式信道，以及第一通信方alice、第二通信方bob与n个辅助方assistant，构建brown态链式通信系统，表示为：

34、

35、其中，第一通信方alice表示为|φa>＝(a0|0>a+a1|1>a)，第二通信方bob表示为|φb>＝(b0|0＞b+b1|1＞b)，brown态链式信道表示为

36、进行量子分配，包括：将粒子(1(0),2(0),4(0))分配至第一通信方alice；将粒子(1(k),2(k),3(k-1),4(k),5(k-1))分配至对应的n个辅助方assistantk，(k＝1,2,...,n)；将粒子(3(n),5(n))分配至第二通信方bob。

37、在本发明的一个实施例中，所述第一测量结果、所述第二测量结果与所述控制粒子测量结果的获取，包括：

38、第一通信方alice对粒子对(a,2(0))进行bell测量，获取第一测量结果；

39、第二通信方bob对粒子对(b,5(n))进行bell测量，获取第二测量结果；

40、监察方charlie对粒子1(0)执行以{|0＞,|1>}为测量基的单比特测量，获取控制粒子测量结果。

41、在本发明的一个实施例中，所述n个辅助方assistant均对其自身携带的粒子进行测量，获取对应的辅助测量结果，包括：

42、n个辅助方assistantk均对其自身携带的粒子1(k)，以{|0>,|1>}为测量基进行单比特测量；

43、n个辅助方assistantk均对其自身携带的粒子对(3(k-1),2(k))与(5(k-1),4(k))，进行bell测量；

44、assistantk的辅助测量结果，表示为：

45、

46、测量结果的二进制序列，表示为：

47、

48、在本发明的一个实施例中，所述第二通信方bob，根据所述辅助测量结果，对brown态链式信道进行预设操作，获取标准五比特brown态链式信道，包括：

49、第二通信方bob对辅助测量结果的二进制序列中第0位执行同或操作，第1位到第4位执行异或操作；

50、第二通信方bob对粒子3(n)和5(n)进行相应的幺正变换，将粒子(1(0),2(0),3(n),4(0),5(n))恢复为标准五比特brown态，得到标准五比特brown态链式信道。

51、在本发明的一个实施例中，还包括监察方charlie，量子分配时，将粒子(2(0),4(0))分配至第一通信方alice；将粒子(1(k),2(k),3(k-1),4(k),5(k-1))分配至对应的n个辅助方assistantk，(k＝1,2,...,n)；将粒子(3(n),5(n))分配至第二通信方bob；将粒子1(0)分配至监察方charlie。

52、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

53、本发明所述的单个五比特brown态信道双向隐形传态方法，在传输过程中，利用brown态实现量子态的传输，实现高效的量子传输，且brown态抗干扰能力强，提高了传输安全性；并且可以利用brown态的可扩展性，实现多个通信方之间的安全高效通信。

54、本发明基于单个五比特brown态进行扩展，构建brown态链式信道，利用brown态链式信道实现量子态的传输，并引入受控操作和反馈控制，使得传输过程中的量子态能够被有效地保护和纠正。本发明将brown态链式信道按照单个五比特brown态分解成多个小段，并在每个小段的末尾引入受控操作和反馈控制，以保证量子态在传输过程中能够得到恰当的保护和纠正。

55、本发明的brown态链式信道双向隐形传态方法，引入监察方charlie，实现受控双向隐形传态，由于采用了brown态链式信道，传输效率更高且更稳定，且在传输过程中引入了受控操作和反馈控制，能够有效地保护和纠正传输过程中的量子态，降低了传输失败的风险，具有更广泛的应用价值。