量子操作传送及分享协议设计与分析
发布时间：2020-06-13 07:34
【摘要】：量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通讯方式,是量子论和信息论相结合的新的研究领域.根据量子力学的基本原理,量子通信具有高效率和绝对安全等特点,因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点.这门近三十年发展起来的新型交叉学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展.本文围绕量子通信在量子操作传送及量子操作分享方面的相关协议进行研究,以线性代数为工具,利用不同的量子态作为量子信道,设计了双向量子操作传送,量子操作分享协议.论文共分六章,主要研究内容如下:1.双向量子操作传送.近年来,双向量子通信已成为研究热点,考虑双向传送的目的在于为构成网络的量子操作传送奠定基础.论文首先对量子操作传送方案进行简介,其次基于三种不同的量子信道,设计了三个双向的量子操作传送协议.最后对第三个协议进行推广,提出一个以多粒子cluster态作为量子信道的双向操作传送方案.2.量子操作分享.在量子操作传送的思想基础上,将接收系统的数目增加,设计了一个基于七粒子Brown态的四方操作分享方案.本方案的优越之处在于,三个接收方都有可能成功接收到发送方所发送的量子信息.文中进一步将量子信道推广为多粒子的Brown态,通过酉操作及一系列Bell测量,使其转化为七粒子的情形,继而操作分享得以完美实现.3.噪声对操作传送的影响.事实上,一个真实的量子系统会受到周围环境的影响,尤其是噪声环境的影响.结合理想环境下的操作传送方案,本文利用保真度分析相位阻尼噪声及幅值阻尼噪声对双向操作传送方案的影响.通过计算并结合Matlab进行数值分析,讨论了三个方案的量子信道中所有粒子分别遭受两种噪声的情形.4.实验可行性、确定性、安全性以及效率分析.首先,文中设计的协议都具有实验可行性,并均能以100%的概率成功实现.其次,安全性是量子通信过程中必须考虑的因素,文中所有协议皆能轻易地破解来自外部的攻击和内部的欺骗.最后,对部分方案进行效率分析,并得出效率通式.
【图文】：
Ｗａｎｇ［２１ｌ通过处理作用于多粒子量子比特上的单粒子操作而使ＱＯＴ协议得以拓展；Ｚｈａｏ逡逑和Ｗａｎｇｌ２２】提出一个基于块对角形式的本地地和远程地实现非局域操作的协议．逡逑最普遍的传送任意酉操作的情况参见图３．１．最初的设置涉及到一个任意的酉操作逡逑隐形传送．位于Ａｌｉｃｅ实验室的控制系统Ｃ中，最初制备的是一个与酉操作ｔ／相关的量逡逑子态该操作需要被远程地作用在Ｂｏｂ的粒子／３上，且粒子卢的量子态为一个任意逡逑态｜０ｂ．这个过程需要提前制浴的共享最ｆ？态｜邋Ｙ〉，ｗ的协肋，结合在各自的实验室进行逡逑的域操作，并迎过图屮箭头所示的经典Ｍ信，ｊ得以完成．逡逑／Ａｌｉｃｅ＼逦（逦Ｂｏｂ＼逡逑回邋％逦0（３逡逑—逦＾逡逑逦—逡逑ｌｖ邋ｙ邋＿逦＼邋ｊ邋）逡逑ｖ—＾逦ｖ逦＾——ｙ逡逑图３．１邋ＱＯＴ示意图逡逑Ａｌｉｃｅ拥苻一个作为控制系统的物理系统（７，其本贷就是一个量子系统，该控制系统逡逑包含描述酉操作／Ｉ：…个Ｍ逦七特卜的信总．对应Ｔ？四操作（／，该控制Ｍ子态）ｌｊ邋｜〖乃６，逡逑７逡逑
１＾）邋＝邋Ｗ）ａ邋？逦？邋｜Ｔ）ｉ２３４５６－逦（３．８）逡逑方案由以下四步依次进行，且过程示意图参见图３．２．由虚线构成的矩形框分别表示逡逑Ａｌｉｃｅ，邋Ｂｏｂ所在的系统．连接两个系统的实线代表经典信道．实心黑点分别表示粒子逡逑人Ｂ，１，邋２，邋３，邋４，，邋５，邋６，邋７和８．红色椭圆表示Ｂｅｌｌ测量．蓝色和绿色的实心圆分别表逡逑示需要传送的酉操作N虾图繁硎玖搅Ｗ邮芸胤牵ǎ茫危希裕┟牛贩较蚴怯煽劐义现屏Ｗ又赶蚰勘炅Ｗ樱⑶也煌难丈馕蹲挪煌模茫危希悦牛趟得饔伤母鲎油煎义希ǎ。╁澹村澹ǚ剑惧澹ǎ茫╁澹惧澹ǎ┮来谓校义希椋溴澹澹睿海埃殄澹欤哄澹慑义希靛危慑危洛危殄危殄危洛义希粒欤椋悖邋澹哄危哄澹拢铮忮危″危苠危粒欤椋悖邋澹哄危诲澹拢铮忮义希ǎ粒╁危ǎ拢╁义希殄危卞危慑危赍危冲危赍澹殄危″危殄危冲危赍义希。叮危垮澹停叮澹铃澹椋撸撸慑危垮澹殄义希蹋澹澹慑澹桑哄澹澹慑义希赍危靛危赍澹赍危洛澹澹赍危担掊澹赍澹诲危冲澹赍义希诲危粒欤椋悖邋澹诲危哄澹拢铮忮危哄澹赍危粒欤椋悖邋澹哄危澹拢铮忮义希欤五五危哄危卞危皱五五危簦五义希ǎ茫╁危ǎ模╁义贤迹常不冢拢簟保碧呢椋眩希苑桨傅氖疽馔煎义系谝徊剑粒欤椋悖搴停拢铮夥直鹪诹Ｗ佣
本文编号：2710854
【图文】：
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