具体实施方式
参照图1,本发明的具体实现步骤如下:
步骤1,四光子纠缠对的制备和分发;
1.1)Alice作为信令发送方,利用紫外脉冲光连续通过两个偏硼酸钡晶体,制备有序的n个四光子Ak,Bk,Ck,Dk的纠缠W态
其中,k=1,2,3,4,…,n,n≥1,0表示光子自旋方向为水平状态,1表示光子自旋方向为垂直状态;
1.2)Alice将光子Ck和Dk组成序列QB={Ck,Dk},发给接收方Bob,自己保存光子Ak和Bk组成的序列QA={Ak,Bk},
如图2所示,Alice将光子序列QB={Ck,Dk}通过量子信道传送至量子交换机A,量子交换机A根据接收方Bob所在的交换中心地址,再把光子序列QB={Ck,Dk}通过量子信道传送至该交换中心的量子交换机B,量子交换机B根据Bob的目的地址,选择合适的路由,再把光子序列QB={Ck,Dk}传送给Bob;
1.3)当Bob收到序列QB后,发送方Alice与接收方Bob建立纠缠信道,双方共享四光子W态
步骤2,Alice将四光子纠缠W态作为量子信令,并对光子Ak和Bk进行幺正变换,以完成对量子信令的编码。
如图3所示,量子信令编码的格式是由信令单元组成的,信令单元是信令消息的最小单元,长度为8比特,对量子信令进行两次编码就可以实现。
2.1)发送方Alice根据要传输的经典信令消息,从幺正算子集合中选取一个对应的幺正算子;
幺正算子集合为:{U0,U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9,U10,U11,U12,U13,U14,U15},算子集合中的每个元素都是16维的矩阵,每个矩阵分别表示为:
其中,i表示虚数,表示张量积,δ0,δ1,δ2,δ3为Pauli矩阵,
2.2)Alice选取算子后,对光子Ak和Bk进行幺正变换,得到新量子态其中,A′k和B′k是光子Ak和光子Bk经过幺正变换得到的光子,m={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16},每个新量子态的量子表示式为:
上述这16种新的量子态构成一个完备正交基新的量子态满足关系式:
其中,<Φm|Φj>表示量子态和的内积, m,j∈[1,16];
2.3)Alice对得到的每个新量子态分别进行编码,即将编
码为0000,
编码为0001,
编码为0010,
编码为0011,
编码为0100,
编码为0101,
编码为0110,
编码为0111,
编码为1000,
编码为1001,
编码为1010,
编码为1011,
编码为1100,
编码为1101,
编码为1110,
编码为1111。
步骤3,发送方Alice将光子序列发送给接收方Bob。
3.1)编码完成后,Alice把幺正变换后得到的光子Ak′和光子Bk′组成光子序列QA′={A1′,B1′,A2′,B2′…Ak′,Bk′…An′,Bn′};
3.2)Alice对光子序列QA′={A1′,B1′,A2′,B2′…Ak′,Bk′…An′,Bn′}里面的所有光子,按先排列Bk′,后排列Ak′的顺序进行重新排列,得到新的光子序列QA″;
3.3)Alice把新的光子序列QA″通过量子信道发送给接收方Bob,并通过经典信道告知Bob光子Ak′和光子Bk′在新的光子序列QA″中的位置。
步骤4,接收方Bob对接收到的量子信令进行解码。
4.1)接收方Bob收到新的光子序列QA″后,把光子序列QA″恢复到光子序列QA′={A1′,B1′,A2′,B2′…Ak′,Bk′…An′,Bn′};
4.2)Bob从完备正交基中,选择其中的任意一种作为测量基;
4.3)Bob利用测量基对所述的四个光子Ak′,Bk′,Ck,Dk进行联合测量,得到新量子态,完成解码,得到Alice发送的经典信令信息。
结束语
以上描述仅是本发明的一个具体实例,不构成对本发明的任何限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修改和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。