隨著量子通信技術(shù)的不斷進步,全球化通信網(wǎng)絡(luò)的搭建成為必然趨勢。伴隨著網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模越來越大,網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸面臨著嚴重的傳輸阻塞和信道噪聲等通信問題,網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)孕而生。網(wǎng)絡(luò)編碼在解決網(wǎng)絡(luò)擁堵等問題表現(xiàn)出了十分優(yōu)越的性能,為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)傳輸成為可能。把網(wǎng)絡(luò)編碼的思想應(yīng)用在量子通信領(lǐng)域,出現(xiàn)了量子網(wǎng)絡(luò)編碼,量子網(wǎng)絡(luò)編碼結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)編碼和量子通信的優(yōu)點。在量子網(wǎng)絡(luò)編碼研究中,研究者們力圖在量子通信網(wǎng)絡(luò)的高效性方面取得突破。由于目前量子信息的完美無損傳輸還處于理想狀態(tài),因此實現(xiàn)量子信息的近似克隆(接近于無損傳輸)就成了一種可行的替代方案。本文主要關(guān)注基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)議的設(shè)計、傳輸效率、資源消耗、安全性和模擬演示問題。在前人研究的基礎(chǔ)上,提出了基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議,并針對協(xié)議性能(包括傳輸保真度、資源消耗和安全性)進行分析和對協(xié)議過程模擬演示。本論文的主要研究工作包括以下兩個方面:一、提出了基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議。首先,通過把普適克隆應(yīng)用在杯型網(wǎng)絡(luò)和蝶形網(wǎng)絡(luò)中,提出了基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議;其次,設(shè)計了ACR操作,這個操作是預(yù)共享糾纏的擴展,用于完美傳輸信息,并把這個操作應(yīng)用在協(xié)議中,提出了基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的改進協(xié)議,并考慮推廣到更一般的網(wǎng)絡(luò)模型中;最后,對提出的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議進行性能分析。通過理論分析,基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議是可行的,并且具有較高的傳輸效率和安全性。二、設(shè)計實現(xiàn)了基于近似克隆的量子網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)議的模擬演示。綜合考慮這個演示的功能要求,主要包括網(wǎng)絡(luò)拓撲的演示,詳細協(xié)議過程演示,輸入輸出的詳細過程以及對各個協(xié)議傳輸保真度的比較。首先,設(shè)計展示了協(xié)議中設(shè)計到的編碼操作的定義和解釋;其次,設(shè)計展示了協(xié)議過程每一步的操作和結(jié)果,使得過程更加明朗;最后,設(shè)計實現(xiàn)了協(xié)議性能的對比效果展示�？紤]到上述模擬演示功能,采用更容易實現(xiàn)圖形界面的計算機編程語言來編寫這個模擬演示。通過分析,設(shè)計實現(xiàn)的模擬演示可以完成協(xié)議過程的演示任務(wù)。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O413;TN918
【部分圖文】：

通過描述可知，Ｈａｙａｓｈｉ等人的協(xié)議通過相應(yīng)的量子操作，特別是普適克隆??操作、施樂測量和群操作，實現(xiàn)了信息的傳輸。這個協(xié)議借助于蝶形網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。??但是杯型網(wǎng)絡(luò)，如圖３－３所示，比蝶形網(wǎng)絡(luò)具有更多的瓶頸信道，所以如果還是??按照這些量子操作來實現(xiàn)信息傳輸，必然要以降低傳輸保真度為代價。為此，設(shè)??計了下面的量子操作。??／丨Ｚ??圖３－３杯型網(wǎng)絡(luò)??３．２?ＡＣＲ操作??在設(shè)計協(xié)議的過程中，發(fā)現(xiàn)在提高保真度的過程中，源節(jié)點之間的共享信息??成為了一個問題，因此借鑒Ｈａｙａｓｈｉ等人Ｗ在２００７年的設(shè)計思路提出了一種新??的編碼操作，這個編碼操作不同于在源節(jié)點之間預(yù)共享糾纏，可以適用于其他情??形。這個操作的主要特性是連接節(jié)點，以共享信息，由此想到了英語單詞ａｃｒｏｓｓ，??故稱這個操作為ＡＣＲ操作。在介紹ＡＣＲ協(xié)議之前，先給出Ｈａｙａｓｈｉ等人⑵設(shè)計??的協(xié)議，此協(xié)議是Ｈａｙａｓｈｉ等人在前一節(jié)設(shè)計的協(xié)議之后提出的傳輸協(xié)議，與前??文的協(xié)議在設(shè)計思想、設(shè)計操作等方面都存在很大不同

通過描述可知，Ｈａｙａｓｈｉ等人的協(xié)議通過相應(yīng)的量子操作，特別是普適克隆??操作、施樂測量和群操作，實現(xiàn)了信息的傳輸。這個協(xié)議借助于蝶形網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。??但是杯型網(wǎng)絡(luò)，如圖３－３所示，比蝶形網(wǎng)絡(luò)具有更多的瓶頸信道，所以如果還是??按照這些量子操作來實現(xiàn)信息傳輸，必然要以降低傳輸保真度為代價。為此，設(shè)??計了下面的量子操作。??／丨Ｚ??圖３－３杯型網(wǎng)絡(luò)??３．２?ＡＣＲ操作??在設(shè)計協(xié)議的過程中，發(fā)現(xiàn)在提高保真度的過程中，源節(jié)點之間的共享信息??成為了一個問題，因此借鑒Ｈａｙａｓｈｉ等人Ｗ在２００７年的設(shè)計思路提出了一種新??的編碼操作，這個編碼操作不同于在源節(jié)點之間預(yù)共享糾纏，可以適用于其他情??形。這個操作的主要特性是連接節(jié)點，以共享信息，由此想到了英語單詞ａｃｒｏｓｓ，??故稱這個操作為ＡＣＲ操作。在介紹ＡＣＲ協(xié)議之前，先給出Ｈａｙａｓｈｉ等人⑵設(shè)計??的協(xié)議，此協(xié)議是Ｈａｙａｓｈｉ等人在前一節(jié)設(shè)計的協(xié)議之后提出的傳輸協(xié)議，與前??文的協(xié)議在設(shè)計思想、設(shè)計操作等方面都存在很大不同

以和中間節(jié)點傳輸經(jīng)典信息。為此設(shè)計了下面的操作，并給這種操作取名為ＡＣＲ??操作，主要適用于三種情形，這種操作的前提是信道既可以傳輸量子信息也可以??傳輸經(jīng)典信息。如圖３－５所示，其具體描述如下。??ｉ）?ａ?ＥＰＲＰ—廠?．?ｈｉ）?＾?ＥＰＲ?ｐａｉｒｓ??Ａ＇ＢＺＣ???ｑｕａｎｔｕｍ?ｃｈａｎｎｅｌ?—ｑｕａｔｕｗｎ?ｃ／］ｃｎｗｅｉ?——ｑｕａｎｔｕｍ?ｃｈａｎｎｅｌ??ｖｉｒｔｕａｌ?ｃｈａｎｎｅｌ?．?？ｖ／ｚ?／ｗａ／?ｃｈａｎｎｅｌ?ｖｉｒｔｕａｌ?ｃｈａｎｎｅｌ??圖３－５?ＡＣＲ橾作??ｉ．?這種情形即為上述Ｈａｙａｓｈｉ等人協(xié)議所述的在源節(jié)點處預(yù)共享糾纏。在??該情形下，有三個節(jié)點兒凡Ｃ，要實現(xiàn)的目的是節(jié)點Ｊ和Ｃ共享信??息，但是節(jié)點Ｊ和Ｃ之間沒有直接相連的通道。在這種情形下，中間節(jié)??點５就起到了橋梁的作用。通過預(yù)共享糾纏，節(jié)點ｄ和Ｃ僅僅發(fā)送經(jīng)??典信息通過節(jié)點５就可以實現(xiàn)兒Ｃ信息的互通，完美的實現(xiàn)了這個操??作。假設(shè)節(jié)點Ｊ擁有信息，節(jié)點Ｃ擁有信息那么執(zhí)行完這個??操作之后的結(jié)果為３Ｃ７？（｜ｖ／丨〉，｜％〉）?。??ｉｉ．?這種情形是由前種情形歸納總結(jié)得到的。在該情形下，同樣的，有三個??節(jié)點兒５
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