CN108960435A - 量子纠缠态的探测***及方法 - Google Patents
量子纠缠态的探测***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108960435A CN108960435A CN201810732952.0A CN201810732952A CN108960435A CN 108960435 A CN108960435 A CN 108960435A CN 201810732952 A CN201810732952 A CN 201810732952A CN 108960435 A CN108960435 A CN 108960435A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quantum
- quantized system
- tangle
- state
- tangles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 41
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims description 23
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本申请提供一种量子纠缠态的探测***及方法，所述方法包括以下步骤：对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述量子***中包括有多个量子；当探测到所述量子***不是全局纠缠时，基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度；以及依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。本申请能够详细地且简单高效地探测出纠缠的结构，从而更好地检测标定技术的进展，更加有效地利用纠缠态。
Description
技术领域
本申请涉及量子计算技术领域，特别是涉及一种量子纠缠态的探测***及方法。
背景技术
量子计算因为在某些具体问题中更为高效的表现而引起了国内外的高度重视，许多企业和科研院校都在为实现量子通信或量子计算(quantum computing)而努力。量子纠缠是绝大多数量子信息处理任务中不可或缺的资源。通过操控量子纠缠，我们可以实现经典力学框架下无法完成的通信任务，例如量子密钥分发(quantum key distribution)，量子隐形传态(quantum teleportation)，贝尔非局域性验证(Bell nonlocal test)，以及产生设备无关量子随机数(device-independent quantum random number)等。在量子计算(quantum computing)方面，量子纠缠也被广泛地认为是其中的重要资源。在一定规模的量子计算机上运行量子算法，理论上可以实现比任何运行当前最优经典算法的超级计算机更快地解决某些问题。
在诸多的实现量子计算的方案中，基于测量的量子计算方案是通过对具有多体纠缠的图态(graph state)进行单比特测量和经典反馈来实现的。在其他的量子计算方案中，尽管多体***的纠缠并不是必要条件，但多体纠缠作为一种独特的资源，是量子优势的主要来源。因此，制备多体***纠缠的能力也被看作是量子***的优劣的重要指标。
由于***和环境不可避免的耦合引起的噪声，以及实验装置本身的缺陷，真实制备的量子态往往偏离了理论设计的目标多体纠缠态。被制备的量子态通常只实现了部分纠缠，并没有实现全局纠缠。在制备大规模多体纠缠时，即使没有产生全局的多体纠缠，但也并不是完全可分态，依然有着量子优势。因此，探测制备态是以何种程度、何种方式被纠缠起来也有着重要的意义。
在分析与见证纠缠结构时，由于多体***的复杂性，刻画它的纠缠结构往往需要非常多的操作，从而增加了实验的复杂性。随着总的粒子数的增加，为了更有效地去见证纠缠结构，关于减少见证过程所使用测量数量的研究十分重要。现有的探测方法大多集中在对全局纠缠的探测。虽然也出现了基于贝尔不等式的设备无关的纠缠深度探测方案，但是仍然缺乏简单有效的实用性高的探测纠缠具体结构的方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种量子纠缠态的探测***及方法，用以实现高效准确地探测出多体纠缠的具体结构的目的。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种量子纠缠态的探测方法，包括以下步骤：对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述量子***中包括有多个量子；当探测到所述量子***不是全局纠缠时，基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度；以及依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述进行全局缠测探测的步骤为依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)W态，或anti-W态。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构的步骤包括：依据得到的所述纠缠深度至少为第一值及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构。
在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述依据得到的所述纠缠深度至少为第一值以及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构的步骤包括：依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若否，则将所述目标数加1以更新目标数，再进行判断直至找到所述更新目标数个量子；若是，则记录所述目标数个量子的纠缠信息，并重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。
本申请的第二方面提供一种量子纠缠态的探测***，包括：探测模块及数据分析模块。所述探测模块用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；以及用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度；其中，所述量子***中包括有多个量子；所述数据分析模块用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性，以及用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述探测模块用于依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)，W态，或anti-W态。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述探测模块包括：第一探测单元以及第二探测单元。所述第一探测单元，用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述第二探测单元用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度；
在本申请的第二方面的某些实施方式中，还包括判断模块，用于判断探测到所述量子***是否为全局纠缠，当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述数据分析模块包括：第一数据分析单元及以及第二数据分析单元。所述第一数据分析单元用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；所述第二数据分析单元用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述数据分析模块用于依据得到的所述纠缠深度至少为第一值以及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构。
在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述数据分析模块用于依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；并判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若否，则将所述目标数加1以更新目标数，再进行判断直至找到所述更新目标数个量子；若是，则记录所述目标数个量子的纠缠信息，并重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。
如上所述，本申请量子纠缠态的探测***及方法利用纠缠深度及纠缠可分离性，能够详细地且简单高效地探测出纠缠的结构，从而更好地检测标定技术的进展，更加有效地利用纠缠态。
附图说明
图1显示为本申请的量子纠缠态的探测方法在一实施例中的流程图。
图2显示为本申请的量子纠缠态的探测方法步骤S14在一实施例中的流程图。
图3显示为本申请的量子纠缠态的探测***方法在一实施例中的框图。
图4显示为本申请的量子纠缠态的探测***方法在另一实施例中的框图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述量子态，但是这些量子态不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个量子态与另一个量子态进行区分。例如，第一测试量子态可以被称作第二测试量子态，并且类似地，第二测试量子态可以被称作第一测试量子态，而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一测试量子态和测试量子态均是在描述一个测试量子态，但是除非上下文以其他方式明确指出，否则它们不是同一个测试量子态。相似的情况还包括第三测试量子态及第四测试量子态。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包括”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
在量子信息领域中，关于量子纠缠的探测已经取得了很多进展。关于两体***的纠缠探测已经相对成熟，但是在拓展到多体***时，由于***维度随着粒子数的增加成指数级增长，探测多体统的纠缠就变得十分困难。探测方面，出现了许多基于不同方案的构造方法。例如，基于PPT判据的纠缠见证，基于CCNR判据的纠缠见证，以及基于与纠缠态之间距离的纠缠见证。即使没有全局的纠缠，多体***内部依然可能存在更少粒子的纠缠，为了刻画这一纠缠，纠缠深度(entanglement depth)，可分离性(separability)等概念被提了出来。它们都刻画了多体***的纠缠程度。关于纠缠深度和可分离性的探测，除此之外，多体结构的分类也有着许多研究，包括基于图态的结构分类，基于多体施密特数(multipartiteSchmidt number)的结构分析。
诚如背景技术中所述，由于***和环境不可避免的耦合引起的噪声，以及实验装置本身的缺陷，真实制备的量子态往往偏离了理论设计的目标多体纠缠态。被制备的量子态通常只实现了部分纠缠，并没有实现全局纠缠。在制备大规模多体纠缠时，即使没有产生全局的多体纠缠，但也并不是完全可分态，依然有着量子优势。因此，探测制备态是以何种程度、何种方式被纠缠起来也有着重要的意义。对此申请人提出一种对多体纠缠结构进行探测的方法，该方案可以详细地探测出纠缠的结构，从而更好地检测标定技术的进展，更加有效地利用纠缠态。
本申请提供一种量子纠缠态的探测方法，用于探测目标量子***中的量子纠缠结构，在实施例中，所述目标量子***例如为单光子探测***、离子***，超导微波***等等。所述目标量子***中包含有多个量子，所述量子是经由各该***依据其制备手段和工具捕获的。所述量子例如为光子、离子等。
请参阅图1，显示为本申请的量子纠缠态的探测方法在一实施例中的流程图，如图所示，本申请提供一种量子纠缠态的探测方法，包括以下步骤：
在步骤S10中，对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述量子***中包括有多个量子，所述量子比如光子或离子等；在实施例中，所述目标量子***包括有用来探测其纠缠状态及纠缠结构(entanglement structure)的多个量子，所述多个量子为未知其量子态的量子。
所述全局纠缠为目标量子***中的所有量子互相纠缠，即所述目标量子***中的所有量子为一个整体不可分的纠缠(nonseparable，即，不可分体量子态)。
由于在探测之前对目标量子***有一定的了解，由于量子的纠缠态有很多种，比如GHZ态，Dicke态，或簇态(cluster state)，W态，anti-W态以及其他图态(graph state)，每一种探测方法只能探测某几种态的纠缠结构，如果没有先验知识的话，一个目标量子***本来存在一种或多种纠缠量子态的，但如果探测时检测的不是该种量子态的纠缠，则常会被认为整个量子***中没有纠缠态，为避免这种误判，因此需要了解量子***是何种纠缠态，则再去验证该种纠缠态，即，基于不同的目标态，在实际探测中使用不同的全局纠缠态的见证方法，如基于GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)W态，anti-W态以及其他图态(graph state)的见证方法，这就需要先验知识。
在实施例中，所述进行全局缠测探测的步骤为依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。在本实施例中，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，或簇态(cluster state)，W态，anti-W态或其他图态(graph state)等。
在步骤S11中，判断所述量子***是否为全局纠缠，当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
当探测到所述量子***不是全局纠缠时，进入步骤S12中，基于所述步骤S10中获得的纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性(separability)；所述量子***的纠缠可分离性(separability)表征为在一个量子***中最多可以分为几份的纠缠子结构体，比如在一个量子***中只有一个n粒子纠缠体，不能分割成两份，则视为该量子***中存在真正n体纠缠(genuine n-partite entanglement)。
在实施例中，基于所获得的纠缠信息进行纠缠可分离性分析的步骤为一个数据的后处理过程，可藉由传统的计算机***来实现。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的传统的计算机***，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在步骤S13中，对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度(entanglement depth)；在实施例中，所述获得所述量子***的纠缠深度的探测为不同于步骤S10中对目标量子***进行全局纠缠探测。所述纠缠深度(entanglement depth)用于表征量子***中互相纠缠的最少数量的粒子。
在步骤S14中，依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。在实施例中，所述依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构的步骤包括：依据得到的所述纠缠深度至少为第一值及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构，包括以下步骤：依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若否，则将所述目标数加1以更新目标数，再进行判断直至找到所述更新目标数个量子；若是，则记录所述目标数个量子的纠缠信息，并重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。
在本申请提供的一个实施例中的步骤S10中，利用对包含有未知量子态的N个光子的量子***的先验信息，进行全局量子纠缠探测，例如将该测量探测称之为M1测量，藉由步骤S11的判断，如果M1测量的纠缠信息为该量子***的中的量子态为全局纠缠，则结束探测作业，否则进入步骤S12。
在步骤S12中，基于所述步骤S10中获得的纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性(separability)；在本实施例中，暂以探测的所述N个光子的量子纠缠态是GHZ态为例，给出具体的测量M1，测量M1有两组测量组成，所有的N个光子一起测量σX，σZ测量。
所述的σX，σZ为泡利(Pauli)矩阵：
σZ＝|0＞＜0|-|1＞＜1|；
σX＝|0＞＜1|+|1＞＜0|。
判断测量结果是否满足以下不等式：
其中α∈(0,2]，MZ＝(|0＞＜0|)N+(|1＞＜1|)N，MX＝σX N。
当该不等式左边结果(αMZ+MX)可以违背m的结果，但不能违背m-1的结果时，我们判断该量子态至多m-1分离。其中，1分离则表征为全局纠缠。
在步骤S13中，对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度(entanglement depth)，在本实施例中，所述对量子***中的N光子的量子态进行纠缠深度的探测称之为M2测量，在本实施例中，所述测量M2仍有两组测量组成，所有N个光子一起测量σX，σZ测量。
所述σX，σZ为泡利(Pauli)矩阵：
σZ＝|0＞＜0|-|1＞＜1|；
σX＝|0＞＜1|+|1＞＜0|。
则，判断测量结果是否满足以下不等式，
在上述不等式中，λ∈(0,2]，M-＝C0 N，C0＝cosθ0σX+sinθ0σY，
C1＝cosθ1σX+sinθ1σY。
根据不同的N，k可以优化出不同的测量角度，θ0和θ1，以及不同的界所述界为根据不同的k值和测量角度进行预设的值。
当该不等式左边结果(λγNM+-M-)可以违背k的结果，但不能违背k+1的结果时，我们判断该量子态的深度最少为k。纠缠深度为N时为全局纠缠。
在步骤S14中，依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。在本实施例中，通过上述对量子***中N个光子的量子态进行纠缠深度以及纠缠可分离性两种探测，得到量子态纠缠深度至少为A(即M2测量中获得的信息)，可分离度至多为B(即M1测量中获得的信息)，则依据得到的所述纠缠深度至少为第一值A及所述纠缠可分离性至多为第二值B的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构，请参阅图2，显示为本申请的量子纠缠态的探测方法步骤S14在一实施例中的流程图，如图所示，步骤S14进一步包括以下步骤：
步骤S141，依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；在实施例中，依据所述量子***的总量子数N、量子态纠缠深度至少为A的第一值、及可分离度至多为B的第二值，从所述量子***中确定一个目标数，比如所述目标数为D，具体地，所述量子***的总光子数为N，则N中至少存在D个光子为全局纠缠，则确定D的方式为：
D＝max{A，[N/B]+1}；
步骤S142，判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若是，则进入步骤S144。
若否，则进入步骤S143，在步骤S143中，将所述目标数加1以更新目标数，即将D赋值为D+1(即D＝D+1)，则更新目标数为D+1，再进至步骤S142判断所述更新目标数为D+1个量子是否全局纠缠，若是，则进入步骤S144，若否则再进行加1更新所述更新目标数，以此类推，直至找到最新的更新目标数个的量子；
在步骤S144中，记录所述目标数个量子的纠缠信息，接着进至步骤S145。
在步骤S145中，依据所述量子***中剩余的量子数(即N-D所获得的量子数)、所述第一值及第二值从所述剩余的量子数中确定一个目标数；即，重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。在实施例中，即，在N-D个光子中继续进行纠缠信息的数据后处理分析，重复步骤S141-S144，直到全部找到所有光子的纠缠结构。
需要阐明的是，上述实施例是以测量M1，M2各两组(共4组测量)且选择常见的GHZ态为例进行说明，利用这4次得到的数据便可进行具体的分析和判断，不需要增加额外的测量，与传统的量子层析技术需要的N的指数量级的测量数相比有着非常高效的优点。另外，针对不同的目标量子态可能构造出不同的M1，M2来探测他的纠缠深度和可分离性。
本申请量子纠缠态的探测***利用纠缠深度及纠缠可分离性，能够详细地且简单高效地探测出纠缠的结构，从而更好地检测标定技术的进展，更加有效地利用纠缠态。
请参阅图3，显示为本申请量子纠缠态的探测***的架构示意图，如图所示，本申请量子纠缠态的探测***1，包括：探测模块10及数据分析模块11。本申请量子纠缠态的探测***1用于探测目标量子***中的量子纠缠结构，在实施例中，所述目标量子***例如为单光子探测***、离子***，超导微波***等等。所述目标量子***中包含有多个量子，所述量子是经由各该***依据其制备手段和工具捕获的，所述量子例如为光子、离子等。
所述探测模块10用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；以及用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度；其中，所述量子***中包括有多个量子；所述量子比如光子或离子等；在实施例中，所述目标量子***包括有用来探测其纠缠状态及纠缠结构(entanglement structure)的多个量子，所述多个量子为未知其量子态的量子。在实施例中，所述获得所述量子***的纠缠深度的探测为不同于对目标量子***进行全局纠缠探测。
所述全局纠缠为目标量子***中的所有量子互相纠缠，即所述目标量子***中的所有量子为一个整体不可分的纠缠(nonseparable，即，不可分体量子态)。
所述纠缠深度(entanglement depth)用于表征量子***中相互纠缠的最少数量的粒子。
由于在探测之前对目标量子***有一定的了解，由于量子的纠缠态有很多种，比如GHZ态，Dicke态，或簇态(cluster state)，W态，anti-W态以及其他图态(graph state)，每一种探测方法只能探测某几种态的纠缠结构，如果没有先验知识的话，一个目标量子***本来存在一种或多种纠缠量子态的，但如果探测时检测的不是该种量子态的纠缠，则常会被认为整个量子***中没有纠缠态，为避免这种误判，因此需要了解量子***是何种纠缠态，则再去验证该种纠缠态，即，基于不同的目标态，在实际探测中使用不同的全局纠缠态的见证方法，如基于GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)W态，anti-W态以及其他图态(graph state)的见证方法。这就需要先验知识。
在实施例中，所述探测模块10依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。在本实施例中，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，或簇态(cluster state)，W态，anti-W态或其他图态(graph state)。
所述数据分析模块11用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性，以及用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。所述量子***的纠缠可分离性(separability)表征为在一个量子***中最多可以分为几份的纠缠子结构体，比如在一个量子***中只有一个n粒子纠缠体，不能分割成两份，则视为该量子***中存在真正n体纠缠(genuine n-partite entanglement)。
在实施例中，基于所获得的纠缠信息进行纠缠可分离性分析的过程为一个数据的后处理过程，可藉由传统的计算机***来实现。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的传统的计算机***，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
请参阅图4，显示为本申请的量子纠缠态的探测***方法在另一实施例中的框图，如图所示，在实施例中，所述探测模块10包括：第一探测单元101以及第二探测单元102。所述第一探测单元101与所述第二探测单元102分别完成不同的测量。即，所述第一探测单元101用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述第二探测单元102用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度。
所述量子纠缠态的探测***1还包括判断模块13，所述判断模块13用于判断探测到所述量子***是否为全局纠缠，当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
所述数据分析模块11包括：第一数据分析单元111及以及第二数据分析单元112。在实施例中，所述第一数据分析单元111用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；所述第二数据分析单元112用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
在本申请提供的一个实施例中，所述第一探测单元101利用对包含有未知量子态的N个光子的量子***的先验信息，进行全局量子纠缠探测，例如将该测量探测称之为M1测量，藉由上述判断模块的判断，如果M1测量的纠缠信息为该量子***的中的量子态为全局纠缠，则结束探测作业，否则将获取所述多个量子的纠缠信息交给所述第一数据分析单元111进行分析。
所述第一数据分析单元111基于获得的纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性(separability)；在本实施例中，暂以探测的所述N个光子的量子纠缠态是GHZ态为例，给出具体的测量M1，测量M1有两组测量组成，所有的N个光子一起测量σX，σZ测量。
所述的σX，σZ为泡利(Pauli)矩阵：
σZ＝|0＞＜0|-|1＞＜1|；
σX＝|0＞＜1|+|1＞＜0|。
判断测量结果是否满足以下不等式：
其中α∈(0,2]，MZ＝(|0＞＜0|)N+(|1＞＜1|)N，MX＝σX N。
当该不等式左边结果(αMZ+MX)可以违背m的结果，但不能违背m-1的结果时，我们判断该量子态至多m-1分离。其中，1分离则表征为全局纠缠。
然后，再经由所述第二探测单元102对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度(entanglement depth)，在本实施例中，所述对量子***中的N光子的量子态进行纠缠深度的探测称之为M2测量，在本实施例中，所述测量M2仍有两组测量组成，所有N个光子一起测量σX，σZ测量。
所述σX，σZ为泡利(Pauli)矩阵：
σZ＝|0＞＜0|-|1＞＜1|；
σX＝|0＞＜1|+|1＞＜0|。
则，判断测量结果是否满足以下不等式，
在上述不等式中，λ∈(0,2]，M-＝C0 N，C0＝cosθ0σX+sinθ0σY，
C1＝cosθ1σX+sinθ1σY。
根据不同的N，k可以优化出不同的测量角度，θ0和θ1，以及不同的界所述界为根据不同的k值和测量角度进行预设的值。
当该不等式左边结果(λγNM+-M_)可以违背k的结果，但不能违背k+1的结果时，我们判断该量子态的深度最少为k。纠缠深度为N时为全局纠缠。
最后藉由第二数据分析单元112依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。在本实施例中，通过上述对量子***中N个光子的量子态进行纠缠深度以及纠缠可分离性两种探测，得到量子态纠缠深度至少为A(即M2测量中获得的信息)，可分离度至多为B(即M1测量中获得的信息)，则依据得到的所述纠缠深度至少为第一值A及所述纠缠可分离性至多为第二值B的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构，则进一步包括以下过程：
首先，依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；在实施例中，依据所述量子***的总量子数N、量子态纠缠深度至少为A的第一值、及可分离度至多为B的第二值，从所述量子***中确定一个目标数，比如所述目标数为D，具体地，所述量子***的总光子数为N，则N中至少存在D个光子为全局纠缠，则确定D的方式为：
D＝max{A，[N/B]+1}；
接着判断所述目标数个量子是否全局纠缠。
若不是全局纠缠，则将所述目标数加1以更新目标数，即将D赋值为D+1(即D＝D+1)，则更新目标数为D+1，再判断所述更新目标数为D+1个量子是否全局纠缠，若仍不是全局纠缠，则再进行加1更新所述更新目标数，以此类推，直至找到最新的更新目标数个的量子；
若判断所述目标数个量子是全局纠缠，则记录所述目标数个量子的纠缠信息。然后依据所述量子***中剩余的量子数(即N-D所获得的量子数)、所述第一值A及第二值B从所述剩余的量子数N-D中确定一个目标数；即，重复上述过程以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。在实施例中，即，在N-D个光子中继续进行纠缠信息的数据后处理分析，重复这一过程，直到全部找到所有光子的纠缠结构。
需要阐明的是，上述实施例是以测量M1，M2各两组(共4组测量)且选择常见的GHZ态为例进行说明，利用这4次得到的数据便可进行具体的分析和判断，不需要增加额外的测量，与传统的量子层析技术需要的N的指数量级的测量数相比有着非常高效的优点。另外，针对不同的目标量子态可能构造出不同的M1，M2来探测他的纠缠深度和可分离性。
如上所述，本申请量子纠缠态的探测***及方法利用纠缠深度及纠缠可分离性，能够详细地且简单高效地探测出纠缠的结构，从而更好地检测标定技术的进展，更加有效地利用纠缠态。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种量子纠缠态的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；所述量子***中包括有多个量子；
当探测到所述量子***不是全局纠缠时，基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；
对所述量子***进行再次探测以获得所述量子***的纠缠深度；以及
依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
2.根据权利要求1所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述进行全局缠测探测的步骤为依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。
3.根据权利要求2所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。
4.根据权利要求3所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)，W态，或anti-W态。
5.根据权利要求1所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
6.根据权利要求1所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构的步骤包括：依据得到的所述纠缠深度至少为第一值及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构。
7.根据权利要求6所述的量子纠缠态的探测方法，其特征在于，所述依据得到的所述纠缠深度至少为第一值以及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构的步骤包括：
依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；
判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若否，则将所述目标数加1以更新目标数，再进行判断直至找到所述更新目标数个量子；
若是，则记录所述目标数个量子的纠缠信息，并重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。
8.一种量子纠缠态的探测***，其特征在于，包括：
探测模块，用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；以及用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度；其中，所述量子***中包括有多个量子；以及
数据分析模块，用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性，以及用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
9.根据权利要求8所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述探测模块用于依据所述量子***的先验信息对所述量子***进行全局缠测探测。
10.根据权利要求9所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述先验信息为基于所述目标量子***的目标量子态确定探测手段。
11.根据权利要求10所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述目标量子态包括GHZ态，Dicke态，簇态(cluster state)，W态，或anti-W态。
12.根据权利要求8所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述探测模块包括：
第一探测单元，用于对目标量子***进行全局纠缠探测以获取所述多个量子的纠缠信息；以及
第二探测单元，用于对目标量子***进行纠缠深度探测以获得所述量子***的纠缠深度。
13.根据权利要求8所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，还包括判断模块，用于判断探测到所述量子***是否为全局纠缠，当探测到所述量子***为全局纠缠时结束对所述量子***中量子纠缠态的探测。
14.根据权利要求8所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述数据分析模块包括：
第一数据分析单元，用于基于所述纠缠信息分析所述量子***的纠缠可分离性；以及
第二数据分析单元，用于依据所述纠缠深度及纠缠可分离性确定所述量子***的纠缠结构。
15.根据权利要求8或14所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述数据分析模块用于依据得到的所述纠缠深度至少为第一值以及所述纠缠可分离性至多为第二值的信息进行分析以获得所述量子***的纠缠结构。
16.根据权利要求15所述的量子纠缠态的探测***，其特征在于，所述数据分析模块用于依据所述量子***的总量子数、所述第一值及第二值从所述量子***中确定一个目标数；并判断所述目标数个量子是否全局纠缠，若否，则将所述目标数加1以更新目标数，再进行判断直至找到所述更新目标数个量子；若是，则记录所述目标数个量子的纠缠信息，并重复上述步骤以获取所述量子***中剩余量子的纠缠信息，以此获得所述量子***的纠缠结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810732952.0A CN108960435B (zh) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | 量子纠缠态的探测***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810732952.0A CN108960435B (zh) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | 量子纠缠态的探测***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108960435A true CN108960435A (zh) | 2018-12-07 |
| CN108960435B CN108960435B (zh) | 2020-06-19 |
Family
ID=64485844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810732952.0A Active CN108960435B (zh) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | 量子纠缠态的探测***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108960435B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110350984A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-10-18 | 西北大学 | 一种基于施密特秩关系的量子隐形传态***的分类方法 |
| CN111176610A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-19 | 北京百度网讯科技有限公司 | 量子随机数生成方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN112529198A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-19 | 北京百度网讯科技有限公司 | 量子纠缠态的处理方法、装置、设备、存储介质及产品 |
-
2018
- 2018-07-05 CN CN201810732952.0A patent/CN108960435B/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110350984A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-10-18 | 西北大学 | 一种基于施密特秩关系的量子隐形传态***的分类方法 |
| CN111176610A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-19 | 北京百度网讯科技有限公司 | 量子随机数生成方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN112529198A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-03-19 | 北京百度网讯科技有限公司 | 量子纠缠态的处理方法、装置、设备、存储介质及产品 |
| CN112529198B (zh) * | 2020-12-23 | 2021-10-01 | 北京百度网讯科技有限公司 | 量子纠缠态的处理方法、装置、设备、存储介质及产品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108960435B (zh) | 2020-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pachitariu et al. | Solving the spike sorting problem with Kilosort | |
| Lütcke et al. | Inference of neuronal network spike dynamics and topology from calcium imaging data | |
| CN108960435A (zh) | 量子纠缠态的探测***及方法 | |
| CN109902703A (zh) | 一种时间序列异常检测方法及装置 | |
| Esteves et al. | Competitive k-means, a new accurate and distributed k-means algorithm for large datasets | |
| JP6596088B2 (ja) | 磁気共鳴フィンガープリントデータ収集及び分析システム | |
| CN110766080A (zh) | 一种标注样本确定方法、装置、设备及存储介质 | |
| Jarvis et al. | Extending stability through hierarchical clusters in echo state networks | |
| CN115015683B (zh) | 电缆生产的性能测试方法、装置、设备及存储介质 | |
| Holland et al. | Statically-informed dynamic analysis tools to detect algorithmic complexity vulnerabilities | |
| Boopathi et al. | Quantification of software code coverage using artificial bee colony optimization based on Markov approach | |
| CN109933977A (zh) | 一种检测webshell数据的方法及装置 | |
| Svajlenko et al. | A machine learning based approach for evaluating clone detection tools for a generalized and accurate precision | |
| Tonella et al. | Finding the optimal balance between over and under approximation of models inferred from execution logs | |
| CN108363660A (zh) | 一种测试程序生成方法和装置 | |
| Wang et al. | MULAN: Evaluation and ensemble statistical inference for functional connectivity | |
| Huang et al. | A quantitative analysis model of grid cyber physical systems | |
| DeMasi et al. | Identifying HPC codes via performance logs and machine learning | |
| KR102412816B1 (ko) | 스캔 셀 재배치 방법 및 스캔 셀 재배치 장치 | |
| CN109800797A (zh) | 基于ai的文件黑白判断方法、装置及设备 | |
| Moreno et al. | Toward phylogenetic inference of evolutionary dynamics at scale | |
| Denysiuk et al. | A new hybrid evolutionary multiobjective algorithm guided by descent directions | |
| Rosenthal et al. | Impact of population size, selection and multi-parent recombination within a customized NSGA-II and a landscape analysis for biochemical optimization | |
| Parsa et al. | A new algorithm to Test Suite Reduction based on cluster analysis | |
| KR102161336B1 (ko) | 무역 네트워크의 확장성 평가 방법 및 이를 수행하는 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |