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量子密集编码

2018-03-04

量子密集编码(quantum dense coding)又叫量子稠密编码或量子超密编码,是由Bennett 和Wiesner 于1992年首次提出的。量子密集编码技术是利用量子纠缠的非局域性特性,实现了只用一个量子比特就传输两个比特信息的过程。和传统的通信方式比较,量子密集编码提高了系统的编码效率,增加了量子信道的通信容量,被广泛用于已有量子通信系统中。


量子密集编码通信方式的基本原理如下:

(1) 进行通信之前,Alice 和Bob 共享由粒子1和粒子2所构成的纠缠对,可选取典型的四Bell个基态其中一个。Alice 拥有纠缠对中的粒子1,Bob拥有纠缠对中的粒子2。


(2) Alice 根据所需要传递的经典比特信息对粒子1进行相应的么正变换,即对粒子1进行image.pngimage.png变换的其中一个,其分别对应了经典信息的00、10、01和11(即编码规则),此时粒子1 的量子态即相应的发生变化。


(3) Alice 将经过变换的粒子1通过量子信道发送给接收方Bob,即完成了单一粒子的传输工作。


(4) Bob 将接收到的粒子1和自己手上已有的初始粒子2进行联合Bell 测量,根据事先和Alice约定的编码规则,Bob通过所得到的测量结果即可知道Alice对粒子1进行了什么类型的操作。从而可确认Alice 向自己传递的两比特经典信息是什么。即完成了比特编码的传递工作。


Alice 和Bob 通过粒子1这个单一粒子的传输和测量工作,传输了两个比特的经典信息,通信系统的编码效率得到了较大的提高。因此在传统信息编解码的基础上引入量子密集编码技术可使量子信息的编码效率提高,能较好的适应目前高效、高保密性通信系统的要求。


参考文献:

1. Bennett C.H., Wiesner S. J. Communication via one and two particle operators on EPR states. Phys. Rev. Lett. 69,2881 (1992)

2. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press (2000).

3. 葛华,“量子安全直接通信及网络技术研究”,华中科技大学博士学位论文(2014).

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