基于糾纏的量子通信網的關鍵技術研究.pdf

1、結合了量子力學原理與經典通信理論與技術的量子通信在信息安全、通信容量、傳輸速率等方面突破了傳統通信技術的局限。近年來，已逐漸從理論走向實踐，從點對點的通信模式向網絡化方向發(fā)展。目前，已有用于密鑰分發(fā)的量子保密通信網絡建成并投入使用。然而，基于糾纏特性的量子通信網仍處于理論與實驗階段。本文主要對基于糾纏的量子通信網的網絡模型以及節(jié)點間建立糾纏連接時可能涉及到的中繼、路由等問題進行研究。
　　文章第一、二章介紹了近年來國內外在量子通信

2、方面的進展情況以及量子信息理論與技術的基礎知識，包括量子比特的概念與特性、量子邏輯門、量子密集編碼、量子隱形傳態(tài)、量子糾纏交換、量子通信網的網絡架構及一種典型的量子中繼方案。
　　文章第三章提出了一種基于糾纏的量子通信網絡模型，在建立糾纏通道的基礎上，根據后續(xù)的協議需求分配糾纏資源并執(zhí)行協議步驟。本章以基于隱形傳態(tài)的信號態(tài)傳輸為例，分析了理想和非理想糾纏通道下進行信息傳輸的成功率和系統吞吐量并進行了計算和仿真。該方案的目的在于使信

3、道建立與業(yè)務信息傳輸分離開來，具有較好的靈活性和適用性。
　　文章第四章提出了一種基于糾纏交換的量子中繼策略，該策略借助量子門操作和量子測量實現糾纏交換，采用了多個節(jié)點并行執(zhí)行糾纏交換和糾纏純化的糾纏通道建立流程。該策略采用鏈路狀態(tài)矩陣表示糾纏在鏈路建立各階段中的分布情況，給出了基于鏈路狀態(tài)矩陣的控制算法。相對節(jié)點逐一進行糾纏交換的方案，可以節(jié)省糾纏建立的時延。通過劃分鏈路的中繼參數和中繼級數，使之適用于節(jié)點數量為2的整數次冪和非

4、2的整數次冪的情況。章節(jié)在最后對系統的時延和吞吐量進行了計算和仿真，結果表明，該策略相對于逐級中繼方案，以控制流程復雜度的提高換取了系統性能的改善，且中繼級數越高，這種改善效果越明顯。
　　為了解決節(jié)點在基于糾纏的量子通信網中進行選路的問題，文章第五章首先分析了兩量子系統的最大糾纏態(tài)—Bell態(tài)在振幅阻尼信道、相位阻尼信道、退極化信道這三種典型噪聲信道模型下的演化情況，計算了對應演化后糾纏態(tài)的部分熵糾纏度。隨后討論了鏈路節(jié)點的功能