星型网络下量子态的制备

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  量子纠缠在量子信息科学中有着极其重要的作用,它被广泛运用在量子通信,量子密码,量子密集编码等领域,其中一个重要应用就是量子隐形传态,随后量子纠缠又被应用到一个新的领域,量子远程制备。利用量子纠缠的特性,提出一种在量子星型网络模型情形下,各个用户之间利用部分纠缠态实现未知单粒子量子态的远程制备。量子星型网络模型由一个以量子中央处理器作为中心节点和一些用户节点组成,其中中心节点主要负责提供和分发纠缠量子态。各个用户节点直接与中心节点链接,用户节点之间是没有直接链接。该网络模型可以根据实际通信的需求相应增加用户的数量,实现任意用户之间的量子通信。在量子态制备过程中,假设每个用户节点都与中央处理器事先共享足够多的纠缠态。该纠缠态为非最大纠缠,因为实际情况中最大纠缠态是很难制备的,它会受环境消相干的影响而退化为部分纠缠。由于各个用户之间没有直接的纠缠信道,在这里可以通过纠缠变换的方式构建纠缠量子信道。用户之间的远程量子态制备分为两种情况,一种是单向制备,另一种双向制备。对于单向制备的情况,假设发送者Alice想帮助接收者Bob在远方制备一个任意单粒态,Alice知道该量子态的所有信息却不拥有此态。该制备过程中需要中央节点做一次Bell基测量,Alice做一次单粒子测量,Bob引入辅助粒子完成相应的酉变换。而对于双向制备的情况,通信双方既是发送者也是接收方,为保证通信双方能够同时制备出所需要的量子态,该制备过程中就需要中央节点做两次Bell基测量,通信双方各做一次单粒子测量,各自引入一个辅助粒子并且完成相应的酉变换。通过这些量子测量以及经典通信和相应的变换,量子星型网络下的各用户之间就可以以一定的概率实现任意单粒子态远程制备。通过对不同情况下概率的计算,当且仅当量子中央处理器与用户之间共享的纠缠态为最大纠缠时,能够以概率为1实现任意单粒子量子态远程制备。
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