1 本源量子计算科技(合肥)股份有限公司, 安徽 合肥 230088
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室, 安徽 合肥 230026
量子比特的高效拓展是量子计算获取量子加速优势需要解决的基本问题, 分布式量子计算 (DQC) 因其高度可行性和灵活性, 成为解决量子比特拓展问题的关键技术之一。根据芯片间通信方式的不同, 分布式量子计算可以分为基于量子隐形传态和基于量子线路拆分的分布式量子计算两种类型, 前者主要面向容错量子计算, 而后者被认为可在中等规模含噪声量子 (NISQ) 时代有效提升量子计算机算力。从长远角度来看, 作为量子网络的主要应用之一, 分布式量子计算可以更好地整合接入量子网络的海量量子计算机以解决高难度问题。首先介绍了分布式量子计算的来源和类型, 在此基础上, 给出了两类分布式量子计算的基本原理和发展状况, 以及关注度较高的应用算法和编译优化方法。
量子信息 分布式量子计算 量子隐形传态 量子线路拆分 quantum information distributed quantum computing quantum teleportation quantum circuit cutting
连续变量量子远程传态在构建连续变量量子计算以及量子信息网络中发挥着重要作用。在实际的通信过程中, 由于周围环境的干扰, 量子纠缠通常会和周围的环境发生相互作用, 从而导致纠缠度减弱, 进而影响量子信息的正确传送, 导致隐形传态保真度的降低。实用的通信系统, 不是简简单单地从一个点到另一个点, 而是一个复杂的网络。因此利用多组份的纠缠态光场建立复杂的量子网络是必需的。本文利用四组份GHZ纠缠态光场来构建量子隐形传态网络, 得出该网络系统下传送量子态的保真度公式, 并仿真出不同压缩参数下增益因子对保真度的影响关系曲线, 仿真结果表示: 每一个确定的压缩参数都有一个最大保真度值, 对于确定的压缩参数r, 保真度随着增益因子的增大呈现先增大后减小的趋势。压缩参数r越大, 量子态恢复的保真度越好。当增益因子取值不合适时, 即使压缩参数比较大, 其保真度也无法达到较高要求。
量子隐形传态 多组份 增益因子 保真度 纠缠态光场 quantum teleportation multipartite gain factor fidelity entangled optical fields 量子光学学报
2023, 29(4): 040102
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 上海 201315
随着量子信息科学的迅速发展,以光子为物理载体的量子纠缠源已成为量子非定域性检验、量子通信、量子计算以及量子精密测量等领域必不可少的资源和重要技术手段。利用非线性介质中的自发参量下转换过程,从早期的β相偏硼酸钡晶体到后来的基于准相位匹配的周期性极化晶体等,双光子极化纠缠源凭借其在亮度和品质方面的优势得到了快速发展,这为基于卫星平台的广域量子通信和量子物理的基础检验提供了可能。从基本原理出发,系统介绍了近年来面向空间平台应用的量子纠缠源的发展和最新成果,特别是以“墨子号”量子科学实验卫星为代表的星载量子纠缠源载荷;此外,对国际上近几年关于星载量子纠缠源的进展以及未来发展趋势也进行了较为全面的介绍和分析。
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
与经典体系相比,量子信息协议在大幅提高信息处理的安全性、保真度和容量方面具有巨大的优势。各种具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实现。介绍了利用铷原子四波混频过程构建一套能兼容多种不同量子信息协议的多功能平台。基于这个平台可以实现并行9通道全光量子隐形传态,部分无实体量子态传输和最优N→M相干态量子克隆协议。更重要的是,部分无实体量子态传输协议可以同时连接全光量子隐形传态协议和最优1→M相干态量子克隆协议。这些量子信息协议在全光量子通信中具有潜在的应用。
四川师范大学数学科学学院, 四川 成都 610066
利用高维最大纠缠量子态作为信道, 提出一种不对称受控双向隐形传态方案。 通信双方 Alice、Bob 和控制者 Charlie 事先秘密共享纠缠态, 用于构建量子信道。通信开始后, 根据纠缠粒子的分发方式以及对测量基的不同选择, 通信双方 Alice 和 Bob 可以在控制者 Charlie 的监督下, 以一定概率分别将一个高维单粒子态和一个高维二粒子态传送给对方, 进而通过对测量基的优化进一步提升传输成功概率, 使得传输成功概率从 1/d 提升到 1, 最终实现完美隐形传态。所提出方案中只使用广义贝尔基测量及单粒子测量, 在物理上容易实现。改进后的方案中, Charlie 可以对两条信道进行控制, 提高了方案的安全性。
量子光学 双向受控量子隐形传态 不对称量子传输 高维量子纠缠态 quantum optics bidirectional controlled quantum teleportation asymmetric quantum teleportation high-dimension quantum entangled states
空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710000
量子保真度是量子隐形传态协议的重要评价参数之一，可用于衡量传输初始态与输出态的相似程度。提出了一种利用部分记忆信道提高泡利噪声信道下隐形传态保真度的方法。依据不同的泡利信道噪声参数，具体分析了比特翻转噪声、xz退相位噪声和双泡利噪声三种情况下的平均保真度。通过构造量子隐形传态方案的量子逻辑线路图，分析了量子保真度与噪声参数的关系。针对噪声影响下的隐形传态过程，引入了部分记忆信道，并对部分记忆信道参数进行了分析。结果表明，部分记忆信道可有效提高泡利噪声影响下量子隐形传态协议的保真度。
量子光学 量子通信 量子隐形传态 Bell态 量子保真度 泡利噪声 记忆信道 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0527001
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
运用量子态扩散 (QSD) 理论研究了两比特海森堡 XXZ 自旋链模型与零温玻色库强耦合时量子隐形传态平均保真度的动力学演化特性, 分析和讨论了不同量子信道下环境噪声关联系数 γ、两比特间耦合常数 Jxy 和 Jz、Dzyaloshinskii-Moriya(DM) 相互作用以及外加磁场等参数对量子隐形传态的影响。研究结果表明: 非马尔科夫环境的记忆效应可以有效地提高平均保真度。当量子信道为最大纠缠态时, 增大耦合常数 Jxy、DM 相互作用或外加磁场可以获得最优平均保真度。然而改变量子信道时, 比特间耦合常数 Jxy 和 Jz 对平均保真度的影响恰恰相反, 说明比特间耦合常数对不同量子信道下平均保真度的影响不同。
量子光学 非马尔科夫环境 量子态扩散方法 量子隐形传态 quantum optics non-Markovian environment quantum state diffusion method quantum teleportation
针对传统跨域密钥协商协议安全性不足问题，提出一种新的跨域量子密钥协商协议。在无证书密钥协商体系下，采用量子密钥协商与经典密码算法结合的方案，提高了协议适应现有通信网络架构的能力。密钥协商过程使用三粒子量子隐形传态，利用量子态不可克隆定理保障协商过程中密钥的安全性。与其他方案相比，本协议具有较高的量子比特效率，并且可以抵抗中间人攻击、重放攻击等多种内部和外部攻击手段。
量子密钥协商 量子隐形传态 共享密钥 无证书 quantum key agreement quantum teleportation shared key certificateless 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 1098
提出了一种可控量子隐形传态与远程制备相结合的新 方案,结合了两种量子信息通信方式。在该方案中, Alice和Bob既是发送者又是接收者, Alice、Bob和Charlie共享一个九比特量子纠缠态作为量子信道。在Charlie的控制下,通过一系 列投影测量操作, Alice可以传送一个未知的任意单比特量子态给Bob, 与此同时, Bob还可以远 程制备任意已知的两比特量子态给Alice。与其他此类型的混合方案相比,所提方案中远程制备 的量子态从单比特提升为两比特,分析与推理表明所提出方案的成功率为100%。
量子光学 量子隐形传态 远程制备 投影测量 九比特量子纠缠态 quantum optics quantum teleportation remote state preparation projection measurement nine-qubit entangled state
