量子通信是量子力學(xué)與信息學(xué)交叉融合而產(chǎn)生的一門前沿學(xué)科。基于量子態(tài)相干疊加原理、量子態(tài)不可克隆原理等量子物理特性,量子通信具有超越經(jīng)典通信的安全性與高效性。然而由于開放量子系統(tǒng)與環(huán)境相互耦合導(dǎo)致量子相干性的衰減,形成量子信道噪聲,使得量子信息傳輸?shù)挠行越档�。在很多量子通信方案�?預(yù)先約定的糾纏純態(tài)是一種重要的資源,但由于退相干的影響,量子系統(tǒng)具有的糾纏模式逐漸喪失,粒子間的純態(tài)糾纏發(fā)生雜化,量子通信的信噪比下降,甚至導(dǎo)致通信失敗。因此,無論是在點對點量子通信系統(tǒng)還是在量子通信網(wǎng)絡(luò)中,克服退相干的影響、提高量子通信的質(zhì)量是十分關(guān)鍵的問題。本文圍繞量子噪聲信道中糾纏退相干對隱形傳態(tài)的影響、兩粒子及多粒子糾纏態(tài)的補償與保護方法、量子噪聲網(wǎng)絡(luò)中的多跳通信機制等展開一系列研究,論文主要工作如下:1、在分析幅值阻尼信道量子隱形傳態(tài)過程的基礎(chǔ)上,提出了一種最大化隱形傳態(tài)保真度的兩階段Bell態(tài)糾纏補償方案。與傳統(tǒng)的僅在退相干之后進行糾纏純化的被動式方法不同,該方案包括在糾纏退相干發(fā)生之前的預(yù)補償以及退相干之后的匹配補償,前者在糾纏源處進行,后者在量子通信用戶處進行。著重研究了匹配補償參數(shù)與預(yù)補償參... 

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮略語
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 量子通信技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 量子密鑰分發(fā)
        1.2.2 量子隱形傳態(tài)
        1.2.3 量子密集編碼
        1.2.4 量子通信網(wǎng)
    1.3 量子通信中的噪聲問題及抗噪聲方法
        1.3.1 量子噪聲的產(chǎn)生
        1.3.2 量子信道編碼
        1.3.3 無退相干子空間
        1.3.4 糾纏純化與糾纏中繼
        1.3.5 現(xiàn)有研究的不足之處
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
2 量子信息與量子噪聲理論
    2.1 量子力學(xué)基礎(chǔ)
        2.1.1 數(shù)學(xué)符號與概念
        2.1.2 量子力學(xué)公設(shè)
        2.1.3 量子力學(xué)基本特征
        2.1.4 密度矩陣
        2.1.5 量子糾纏
    2.2 量子信息基本原理
        2.2.1 量子比特
        2.2.2 量子比特的性質(zhì)
        2.2.3 量子操作門
    2.3 量子噪聲理論
        2.3.1 開放量子系統(tǒng)與退相干
        2.3.2 算子和表示法
        2.3.3 量子噪聲信道模型
        2.3.4 主方程方法
        2.3.5 量子保真度
3 幅值阻尼信道中的量子隱形傳態(tài)
    3.1 兩體糾纏態(tài)的純化
    3.2 幅值阻尼信道對量子隱形傳態(tài)的影響
    3.3 量子隱形傳態(tài)的糾纏補償機制
        3.3.1 幅值阻尼信道參數(shù)的估計
        3.3.2 糾纏補償機制
    3.4 糾纏補償之后的隱形傳態(tài)
    3.5 分析與討論
        3.5.1 糾纏補償參數(shù)的設(shè)計
        3.5.2 隱形傳態(tài)保真度與p、F的關(guān)系
        3.5.3 與其他方法的對比
    3.6 本章小結(jié)
4 幅值阻尼信道中基于多粒子糾纏態(tài)的通信
    4.1 基于多粒子糾纏的量子信息傳輸方案
        4.1.1 量子秘密共享
        4.1.2 雙向量子隱形傳態(tài)
    4.2 弱測量技術(shù)
    4.3 基于弱測量的三粒子W-LIKE態(tài)糾纏保護
        4.3.1 幅值阻尼信道上三粒子W-like態(tài)的糾纏演化
        4.3.2 三粒子W-like態(tài)的糾纏保護
        4.3.3 與其他方法的比較
        4.3.4 提高糾纏保護的成功概率
        4.3.5 關(guān)于迭代次數(shù)的討論
    4.4 幅值阻尼信道上的多粒子GHZ態(tài)雙向隱形傳態(tài)
        4.4.1 雙向隱形傳態(tài)方案
        4.4.2 基于部分弱測量方法抑制復(fù)合GHZ態(tài)的糾纏退相干
        4.4.3 分析與討論
    4.5 本章小結(jié)
5 量子噪聲網(wǎng)絡(luò)中的多跳通信
    5.1 噪聲環(huán)境下的量子糾纏交換
        5.1.1 量子糾纏交換原理
        5.1.2 相位阻尼信道上的糾纏交換
        5.1.3 幅值阻尼信道上的糾纏交換
    5.2 固定量子噪聲網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議
        5.2.1 經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議
        5.2.2 固定噪聲量子網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計
        5.2.3 路由協(xié)議性能分析
    5.3 自組織量子噪聲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議
        5.3.1 量子自組織網(wǎng)絡(luò)的特點與路由協(xié)議設(shè)計思路
        5.3.2 限定跳數(shù)內(nèi)的主動路由模式
        5.3.3 限定跳數(shù)外的按需路由模式
        5.3.4 路由協(xié)議性能分析
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]量子科學(xué)實驗衛(wèi)星——“墨子號”[J]. 彭承志,潘建偉.  中國科學(xué)院院刊. 2016(09)
[2]量子保密通信“京滬干線”年底開通[J]. 張蓋倫.  軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品. 2016(13)
[3]基于量子糾錯碼的小型量子網(wǎng)絡(luò)路由通信協(xié)議[J]. 馬鴻洋,郭忠文,范興奎,王淑梅.  電子學(xué)報. 2015(01)
[4]量子通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述[J]. 許華醒.  中國電子科學(xué)研究院學(xué)報. 2014(03)
[5]Preserving entanglement and the fidelity of three-qubit quantum states undergoing decoherence using weak measurement[J]. 廖湘萍,方卯發(fā),方見樹,朱錢泉.  Chinese Physics B. 2014(02)
[6]量子糾纏信令網(wǎng)Poisson生存模型及保真度分析[J]. 聶敏,張琳,劉曉慧.  物理學(xué)報. 2013(23)
[7]量子信令中繼器模型及性能仿真[J]. 薛樂,聶敏,劉曉慧.  物理學(xué)報. 2013(17)
[8]量子無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及性能分析[J]. 劉曉慧,裴昌幸,聶敏.  吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2014(04)
[9]Robust quantum secure direct communication with a quantum one-time pad over a collective-noise channel[J]. GU Bin1,2,3*, ZHANG ChengYi1,2, CHENG GuoSheng1 ＆ HUANG YuGai4 1College of Math and Physics, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China; 2Photonic Technology Laboratory, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China; 3School of Math and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast BT7 1NN, U.K.; 4Jiangsu Institute of Education, Nanjing 210013, China.  Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2011(05)
[10]一種新的量子移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)糾纏中繼與最優(yōu)橋接方案[J]. 聶敏,盧光躍.  西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(06)



本文編號：3690879