本文關(guān)鍵詞：基于糾纏的量子通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 量子通信網(wǎng) 量子糾纏交換 量子中繼 量子路由

【摘要】：結(jié)合了量子力學(xué)原理與經(jīng)典通信理論與技術(shù)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(tǒng)通信技術(shù)的局限。近年來,已逐漸從理論走向?qū)嵺`,從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式向網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)建成并投入使用。然而,基于糾纏特性的量子通信網(wǎng)仍處于理論與實(shí)驗(yàn)階段。本文主要對(duì)基于糾纏的量子通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型以及節(jié)點(diǎn)間建立糾纏連接時(shí)可能涉及到的中繼、路由等問題進(jìn)行研究。文章第一、二章介紹了近年來國內(nèi)外在量子通信方面的進(jìn)展情況以及量子信息理論與技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),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(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(wǎng)絡(luò)模型,在建立糾纏通道的基礎(chǔ)上,根據(jù)后續(xù)的協(xié)議需求分配糾纏資源并執(zhí)行協(xié)議步驟。本章以基于隱形傳態(tài)的信號(hào)態(tài)傳輸為例,分析了理想和非理想糾纏通道下進(jìn)行信息傳輸?shù)某晒β屎拖到y(tǒng)吞吐量并進(jìn)行了計(jì)算和仿真。該方案的目的在于使信道建立與業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)糾纏交換,采用了多個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)節(jié)點(diǎn)逐一進(jìn)行糾纏交換的方案,可以節(jié)省糾纏建立的時(shí)延。通過劃分鏈路的中繼參數(shù)和中繼級(jí)數(shù),使之適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量為2的整數(shù)次冪和非2的整數(shù)次冪的情況。章節(jié)在最后對(duì)系統(tǒng)的時(shí)延和吞吐量進(jìn)行了計(jì)算和仿真,結(jié)果表明,該策略相對(duì)于逐級(jí)中繼方案,以控制流程復(fù)雜度的提高換取了系統(tǒng)性能的改善,且中繼級(jí)數(shù)越高,這種改善效果越明顯。為了解決節(jié)點(diǎn)在基于糾纏的量子通信網(wǎng)中進(jìn)行選路的問題,文章第五章首先分析了兩量子系統(tǒng)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(jì)算了對(duì)應(yīng)演化后糾纏態(tài)的部分熵糾纏度。隨后討論了鏈路節(jié)點(diǎn)的功能組成。最后,以振幅阻尼信道為例,參考了經(jīng)典的最短路徑優(yōu)先路由算法,給出了一種優(yōu)先選擇具有較少節(jié)點(diǎn)數(shù)和較高糾纏度鏈路的分布式節(jié)點(diǎn)路由策略,在采用量子分組傳輸協(xié)議進(jìn)行通信的情況下,對(duì)鏈路的性能進(jìn)行了計(jì)算和分析,該策略對(duì)于文章第三、四章建立糾纏通道前節(jié)點(diǎn)如何選路具有一定的參考作用。最后,文章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)和展望,討論了下一步的研究目標(biāo)和一些有待于進(jìn)一步解決的問題。
【關(guān)鍵詞】：量子通信網(wǎng) 量子糾纏交換 量子中繼 量子路由
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN918;O413
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 概述10-11
• 1.2 量子通信的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 量子密鑰分發(fā)11-12
• 1.2.2 量子糾纏分發(fā)及隱形傳態(tài)12
• 1.2.3 量子通信網(wǎng)12-13
• 1.3 論文工作13-16
• 第2章 量子通信基礎(chǔ)16-30
• 2.1 量子比特16-19
• 2.1.1 量子比特的基礎(chǔ)概念16
• 2.1.2 量子比特的幾何表示16-17
• 2.1.3 量子比特的特性17-19
• 2.2 量子邏輯門19-21
• 2.2.1 單比特量子門19-20
• 2.2.2 兩比特量子門20-21
• 2.3 量子糾纏的應(yīng)用21-24
• 2.3.1 量子密集編碼21-22
• 2.3.2 量子隱形傳態(tài)22-23
• 2.3.3 量子糾纏交換23-24
• 2.4 量子通信網(wǎng)24-28
• 2.4.1 量子通信網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)24-25
• 2.4.2 量子中繼25-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第3章 一種基于糾纏的量子通信網(wǎng)絡(luò)模型及其性能分析30-40
• 3.1 引言30-31
• 3.2 基于糾纏的量子通信網(wǎng)的分層模型31
• 3.3 基于糾纏的量子通信流程31-32
• 3.4 基于隱形傳態(tài)的信號(hào)傳輸32-35
• 3.4.1 想信道下的隱形傳態(tài)33-34
• 3.4.2 非理想信道下的傳輸與糾纏純化34-35
• 3.5 系統(tǒng)性能分析與仿真35-39
• 3.5.1 傳輸成功率與信道糾纏熵的關(guān)系仿真36
• 3.5.2 傳輸成功率與測量偏角的關(guān)系仿真36-37
• 3.5.3 系統(tǒng)吞吐量與信道熵的關(guān)系仿真37-38
• 3.5.4 系統(tǒng)吞吐量與測量偏角的關(guān)系仿真38
• 3.5.5 系統(tǒng)吞吐量與誤幀率的關(guān)系仿真38-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 一種基于糾纏交換的量子中繼策略40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 量子中繼系統(tǒng)模型及糾纏交換原理40-43
• 4.2.1 糾纏中繼系統(tǒng)模型40-41
• 4.2.2 相鄰節(jié)點(diǎn)間的糾纏交換原理41-43
• 4.3 中繼流程系統(tǒng)方案43-44
• 4.4 中繼鏈路建立的流程控制44-47
• 4.4.1 鏈路控制的矩陣表示44
• 4.4.2 端到端的鏈路控制44-47
• 4.5 系統(tǒng)性能分析47-50
• 4.6 本章小結(jié)50-52
• 第5章 噪聲信道下糾纏態(tài)的演化及一種基于糾纏度計(jì)算的節(jié)點(diǎn)路由策略52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 三種典型噪聲信道下Bell態(tài)的演化52-58
• 5.2.1 振幅阻尼信道52-54
• 5.2.2 相位阻尼信道54-55
• 5.2.3 退極化信道55-58
• 5.3 基于糾纏的量子通信網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的功能組成58-59
• 5.4 基于糾纏度計(jì)算的分布式節(jié)點(diǎn)路由策略59-60
• 5.5 鏈路性能分析及仿真60-62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 第6章 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果70-72
• 致謝72-73

【相似文獻(xiàn)】

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