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
西安邮电大学网络空间安全学院，陕西 西安 710121
目前，量子行走已广泛应用于量子计算和量子模拟中，并可应用于量子隐形传态中。提出了一种基于量子行走的电子支付协议。在协议中，买家基于可信第三方平台，将部分购物信息通过量子行走传送给银行和商家，完成一次网络购物。此协议将量子行走与电子支付相结合，使参与方仅需制备单光子便可以得到所需的纠缠资源，便于量子态的制备和实现。同时，协议不仅满足购物清单对银行保密，还实现了购买者的部分私人信息对商家保密，提高了隐私保护能力。最后的安全性分析表明，该协议可以抵御内部和外部攻击，对于当前技术是安全可行的。
量子光学 量子密码 量子行走 电子支付 隐形传态 单粒子
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。
1 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
卷云对量子通信光信号的传输有极大的影响。根据卷云特性建立了卷云冰晶粒子的分布模型,研究了卷云的消光特性,并根据卷云的散射特性,分析了卷云冰水含量、传输距离、链路消光特性、信道容量和信道纠缠度衰减的定量关系,研究了噪声影响下隐形传态保真度的变化,并进行了仿真实验。实验结果表明,当传输距离为3 km时,在卷云冰水含量(体积质量)为0.4 g·m -3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.05 dB·km -1、0.94 dB·km -1和0.52,而在卷云冰水含量(体积质量)为 0.1 g·m -3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.20 dB·km -1、0.82 dB·km -1和0.07。由实验结果可见,自由空间量子通信信道的性能在卷云的影响下均发生了不同程度的变化。因此,在进行量子通信时,需考虑卷云的影响,根据卷云的变化调整性能参数,以提高通信质量。
量子光学 量子通信 卷云 链路消光特性 纠缠度衰减 隐形传态保真度 光学学报
2021, 41(20): 2027001
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
1 西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
2 西北工业大学电子信息学院，陕西 西安 710072
为了研究降雨对星地量子链路传输质量及量子通信性能的影响，基于M-P雨滴谱和Mie散射理论，分析了降雨强度、雨滴的消光系数与星地链路衰减系数的关系，建立了降雨背景下信道容量和信道平均保真度关系的模型，并基于两粒子纠缠态概率隐形传态方案，得到了降雨环境下的隐形传态保真度。理论分析与仿真结果表明，降雨强度的增加导致消光系数增加，进而导致信道容量和信道平均保真度减小；同时，降雨引起信道纠缠度减小，从而使隐形传态保真度减小。因此，降雨对星地量子链路的性能有显著影响，需要根据降雨强度适当调整星地量子链路中的各项参数，以保证通信质量。
量子光学 星地量子链路 降雨强度 信道容量 信道平均保真度 隐形传态 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0727001
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
