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摘 要 ：量子态远程制备（RSP）是量子信息过程的一个重要分支为了解决一个发送者向多个接收者同时制备相同量子态的问题,提出了基于广播机制的1对2三方量子态远程制备协议,并将其拓展到1对N多方量子态远程制备中该协议使用GHZ态作为量子信道,通过构造两组特殊测量基,发送方进行两次多粒子投影测量,接收方根据测量结果进行幺正操作,最终实现1个发送者向多个接收者同时制备相同的粒子态经分析,协议的这种广播制备模式可以适用于任意多个接收者的情形
关 键 词 ：量子态远程制备； 多接收者； 投影测量； 幺正操作； 广播机制
中图分类号：TP309 文献标志码：A
0引言
早在1993年,Bent等[1]首先提出了量子隐形传态（Quantum Teleportation, QT）的概念,它是利用局域操作以及经典通信,将一个未知量子态在不同地域的发送者与接收者之间进行传送量子隐形传态的一个主要特征是发送者不知道制备态的任何信息随着研究的深入,针对解决制备已知量子态的问题,2001年Bent等[2]提出了量子态远程制备（Remote State Preparation, RSP）的概念随后,各类RSP协议被不断提出[2-3]量子远程制备与隐形传态的最大区别在于RSP知晓被制备态的全部信息,并对于制备某些限制范围内的量子态,RSP消耗的经典信息比QT少
2001年,Pati[4]讨论单量子态远程制备的资源消耗,以制备赤道粒子态和极圈粒子态为例,远程制备消耗的经典信息是量子隐形传态的一半对于普通量子态,其与隐形传态消耗的经典比特数相同近年来,研究者从多种不同的方面对量子远程制备进行研究,如低纠缠远程态制备[5]、高维远程态制备[6]、最优远程态制备[7]和通用远程态制备[8]、基于干扰纠缠信道的混合态远程制备[9],以及健忘性远程态制备[10]等此外,针对特殊粒子态的制备,部分协议在实验上已经得到验证[11-12]
在经典量子远程制备中只有一个发送方和一个接收方考虑到制备的安全性,越来越多的研究者开始关注如何实现多个发送者联合向一个接收者传送信息的问题联合远程制备（Joint Remote State Preparation, JRSP）将制备态的信息划分为多个部分并分配给不同的发送者,只有当所有的发送方同意联合制备时接收方才能得到完整的制备态2007年,Xia等[13]提出了第一个联合远程制备协议随着研究的深入,人们提出多种使用不同纠缠态作为量子信道,来解决典型三方联合远程制备问题的协议,例如三粒子GreenbergerHomeZeilinger（GHZ）态[14]、EinsteinPodolskyRosen（EPR）纠缠对或EPR类态[15]、W或W类态[16]等另外,Xia等在文献[17]中提出了针对极化粒子态的联合远程制备方案随着研究的深入,提出了多种针对不止三方参与的联合远程制备方案,例如N个发送者使用多粒子GHZ态作为量子信道实现联合远程制备[18]
最近,Su等[19]于2012年提出一种新型远程制备协议,用于向多个接收方同时制备量子态不过,该协议是概率性制备,且接收方获得的量子态是不同的为了实现向多接收者同时制备相同量子态,本文提出了一种基于广播机制的多方量子远程制备协议首先
提出了一个针对两个接受者的单粒子态同时远程制备协议,然后扩展提出一个多方量子远程制备协议,并以N等于3为例详细说明协议的制备过程
1针对两个接收者的远程制备
假设制备者Alice帮助接收者Bob和Charlie远程制备任意单粒子态
2多方远程制备协议
假设发送方向N个接收者同时制备任意单粒子态（1）,
协议的制备过程如图1所示
3结语
本文提出了一种基于广播机制的1对2三方量子远程制备协议,解决一个发送者向两个接收者同时制备相同单量子态问题；针对大于两个接收者的情况,提出了多方量子态远程制备协议,并以N等于3为例,使用GHZ态作为共享量子资源, 发送方通过构造两个正交测量基,实现两次投影测量并广播其结果,接收者根据结果实现相应幺正操作,得到被制备态
基于量子广播机制的多方量子远程制备协议,使用多个GHZ态作为共享量子信道,相比在其他文章中同样使用GHZ态作为量子信道的协议,是确定性制备由于协议过程不同,接收者只需要实现本地的幺正操作来重构需要制备的粒子态,而不需要参与中间的制备过程在经典通信的耗费问题上,本协议只需要消耗 2N个经典比特多方量子远程制备协议,由于其特殊的制备模式,在量子网络通信中有着重要的实用意义,它可以用于一个发送者向多个接收者播报信息,类似于量子广播机制