16、量子通信协议：从基础到拓展

量子通信协议：从基础到拓展

在量子通信领域，有三个重要的基础协议，它们分别是纠缠分发、超密编码和量子隐形传态。这些协议巧妙地利用了经典通信、量子通信和纠缠这三种基本资源，展现了量子世界独特的魅力和潜力。

1. 相关练习及拓展问题

在深入探讨这些协议的最优性之前，先来看几个相关的练习和拓展问题：
- 练习6.2.6 ：证明可以通过特定技术模拟去相位量子比特信道。具体步骤为，Alice制备一个最大纠缠的贝尔态$|\Phi^+\rangle$，将其中一部分通过去相位量子比特信道发送给Bob，然后两人执行常规的隐形传态协议。由于去相位信道与所有泡利算符对易，所以该过程与直接通过去相位信道发送量子比特的结果相同。
- 练习6.2.7 ：从隐形传态协议构建纠缠交换协议。假设Charlie和Alice拥有一个二部态$|\psi\rangle_{CA}$，如果Alice将她在该态中的部分隐形传送给Bob，那么Charlie和Bob将共享态$|\psi\rangle_{CB}$。当$|\psi\rangle_{CA}$为一个纠缠比特（ebit）时，该协议就等价于一个纠缠交换协议。

2. 三个基础协议的最优性分析

在研究量子通信协议时，我们常常会思考这些协议是否是最优的，即是否存在更好、更经济的方式来实现相同的任务。下面分别对纠缠分发、超密编码和量子隐形传态这三个协议的最优性进行分析。
- 纠缠分发的最优性 ：我们考虑是否存在一个协议，使得纠缠生成率$E$大于1，即满足资源不等式$[q \to q] \geq E [qq]$。假设这样