噪声信道量子信息传输方法研究
发布时间：2022-10-11 16:12
量子通信是量子力学与信息学交叉融合而产生的一门前沿学科。基于量子态相干叠加原理、量子态不可克隆原理等量子物理特性,量子通信具有超越经典通信的安全性与高效性。然而由于开放量子系统与环境相互耦合导致量子相干性的衰减,形成量子信道噪声,使得量子信息传输的有效性降低。在很多量子通信方案中,预先约定的纠缠纯态是一种重要的资源,但由于退相干的影响,量子系统具有的纠缠模式逐渐丧失,粒子间的纯态纠缠发生杂化,量子通信的信噪比下降,甚至导致通信失败。因此,无论是在点对点量子通信系统还是在量子通信网络中,克服退相干的影响、提高量子通信的质量是十分关键的问题。本文围绕量子噪声信道中纠缠退相干对隐形传态的影响、两粒子及多粒子纠缠态的补偿与保护方法、量子噪声网络中的多跳通信机制等展开一系列研究,论文主要工作如下:1、在分析幅值阻尼信道量子隐形传态过程的基础上,提出了一种最大化隐形传态保真度的两阶段Bell态纠缠补偿方案。与传统的仅在退相干之后进行纠缠纯化的被动式方法不同,该方案包括在纠缠退相干发生之前的预补偿以及退相干之后的匹配补偿,前者在纠缠源处进行,后者在量子通信用户处进行。着重研究了匹配补偿参数与预补偿参...
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 量子通信技术研究发展现状
1.2.1 量子密钥分发
1.2.2 量子隐形传态
1.2.3 量子密集编码
1.2.4 量子通信网
1.3 量子通信中的噪声问题及抗噪声方法
1.3.1 量子噪声的产生
1.3.2 量子信道编码
1.3.3 无退相干子空间
1.3.4 纠缠纯化与纠缠中继
1.3.5 现有研究的不足之处
1.4 论文主要研究内容
2 量子信息与量子噪声理论
2.1 量子力学基础
2.1.1 数学符号与概念
2.1.2 量子力学公设
2.1.3 量子力学基本特征
2.1.4 密度矩阵
2.1.5 量子纠缠
2.2 量子信息基本原理
2.2.1 量子比特
2.2.2 量子比特的性质
2.2.3 量子操作门
2.3 量子噪声理论
2.3.1 开放量子系统与退相干
2.3.2 算子和表示法
2.3.3 量子噪声信道模型
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隐形传态
3.1 两体纠缠态的纯化
3.2 幅值阻尼信道对量子隐形传态的影响
3.3 量子隐形传态的纠缠补偿机制
3.3.1 幅值阻尼信道参数的估计
3.3.2 纠缠补偿机制
3.4 纠缠补偿之后的隐形传态
3.5 分析与讨论
3.5.1 纠缠补偿参数的设计
3.5.2 隐形传态保真度与p、F的关系
3.5.3 与其他方法的对比
3.6 本章小结
4 幅值阻尼信道中基于多粒子纠缠态的通信
4.1 基于多粒子纠缠的量子信息传输方案
4.1.1 量子秘密共享
4.1.2 双向量子隐形传态
4.2 弱测量技术
4.3 基于弱测量的三粒子W-LIKE态纠缠保护
4.3.1 幅值阻尼信道上三粒子W-like态的纠缠演化
4.3.2 三粒子W-like态的纠缠保护
4.3.3 与其他方法的比较
4.3.4 提高纠缠保护的成功概率
4.3.5 关于迭代次数的讨论
4.4 幅值阻尼信道上的多粒子GHZ态双向隐形传态
4.4.1 双向隐形传态方案
4.4.2 基于部分弱测量方法抑制复合GHZ态的纠缠退相干
4.4.3 分析与讨论
4.5 本章小结
5 量子噪声网络中的多跳通信
5.1 噪声环境下的量子纠缠交换
5.1.1 量子纠缠交换原理
5.1.2 相位阻尼信道上的纠缠交换
5.1.3 幅值阻尼信道上的纠缠交换
5.2 固定量子噪声网络的路由协议
5.2.1 经典网络中的路由协议
5.2.2 固定噪声量子网络路由协议设计
5.2.3 路由协议性能分析
5.3 自组织量子噪声网络路由协议
5.3.1 量子自组织网络的特点与路由协议设计思路
5.3.2 限定跳数内的主动路由模式
5.3.3 限定跳数外的按需路由模式
5.3.4 路由协议性能分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子科学实验卫星——“墨子号”[J]. 彭承志,潘建伟. 中国科学院院刊. 2016(09)
[2]量子保密通信“京沪干线”年底开通[J]. 张盖伦. 军民两用技术与产品. 2016(13)
[3]基于量子纠错码的小型量子网络路由通信协议[J]. 马鸿洋,郭忠文,范兴奎,王淑梅. 电子学报. 2015(01)
[4]量子通信网络发展概述[J]. 许华醒. 中国电子科学研究院学报. 2014(03)
[5]Preserving entanglement and the fidelity of three-qubit quantum states undergoing decoherence using weak measurement[J]. 廖湘萍,方卯发,方见树,朱钱泉. Chinese Physics B. 2014(02)
[6]量子纠缠信令网Poisson生存模型及保真度分析[J]. 聂敏,张琳,刘晓慧. 物理学报. 2013(23)
[7]量子信令中继器模型及性能仿真[J]. 薛乐,聂敏,刘晓慧. 物理学报. 2013(17)
[8]量子无线通信网络构建及性能分析[J]. 刘晓慧,裴昌幸,聂敏. 吉林大学学报(工学版). 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]一种新的量子移动Ad Hoc网络纠缠中继与最优桥接方案[J]. 聂敏,卢光跃. 西北大学学报(自然科学版). 2008(06)
本文编号：3690879
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略语
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 量子通信技术研究发展现状
1.2.1 量子密钥分发
1.2.2 量子隐形传态
1.2.3 量子密集编码
1.2.4 量子通信网
1.3 量子通信中的噪声问题及抗噪声方法
1.3.1 量子噪声的产生
1.3.2 量子信道编码
1.3.3 无退相干子空间
1.3.4 纠缠纯化与纠缠中继
1.3.5 现有研究的不足之处
1.4 论文主要研究内容
2 量子信息与量子噪声理论
2.1 量子力学基础
2.1.1 数学符号与概念
2.1.2 量子力学公设
2.1.3 量子力学基本特征
2.1.4 密度矩阵
2.1.5 量子纠缠
2.2 量子信息基本原理
2.2.1 量子比特
2.2.2 量子比特的性质
2.2.3 量子操作门
2.3 量子噪声理论
2.3.1 开放量子系统与退相干
2.3.2 算子和表示法
2.3.3 量子噪声信道模型
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隐形传态
3.1 两体纠缠态的纯化
3.2 幅值阻尼信道对量子隐形传态的影响
3.3 量子隐形传态的纠缠补偿机制
3.3.1 幅值阻尼信道参数的估计
3.3.2 纠缠补偿机制
3.4 纠缠补偿之后的隐形传态
3.5 分析与讨论
3.5.1 纠缠补偿参数的设计
3.5.2 隐形传态保真度与p、F的关系
3.5.3 与其他方法的对比
3.6 本章小结
4 幅值阻尼信道中基于多粒子纠缠态的通信
4.1 基于多粒子纠缠的量子信息传输方案
4.1.1 量子秘密共享
4.1.2 双向量子隐形传态
4.2 弱测量技术
4.3 基于弱测量的三粒子W-LIKE态纠缠保护
4.3.1 幅值阻尼信道上三粒子W-like态的纠缠演化
4.3.2 三粒子W-like态的纠缠保护
4.3.3 与其他方法的比较
4.3.4 提高纠缠保护的成功概率
4.3.5 关于迭代次数的讨论
4.4 幅值阻尼信道上的多粒子GHZ态双向隐形传态
4.4.1 双向隐形传态方案
4.4.2 基于部分弱测量方法抑制复合GHZ态的纠缠退相干
4.4.3 分析与讨论
4.5 本章小结
5 量子噪声网络中的多跳通信
5.1 噪声环境下的量子纠缠交换
5.1.1 量子纠缠交换原理
5.1.2 相位阻尼信道上的纠缠交换
5.1.3 幅值阻尼信道上的纠缠交换
5.2 固定量子噪声网络的路由协议
5.2.1 经典网络中的路由协议
5.2.2 固定噪声量子网络路由协议设计
5.2.3 路由协议性能分析
5.3 自组织量子噪声网络路由协议
5.3.1 量子自组织网络的特点与路由协议设计思路
5.3.2 限定跳数内的主动路由模式
5.3.3 限定跳数外的按需路由模式
5.3.4 路由协议性能分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]量子科学实验卫星——“墨子号”[J]. 彭承志,潘建伟. 中国科学院院刊. 2016(09)
[2]量子保密通信“京沪干线”年底开通[J]. 张盖伦. 军民两用技术与产品. 2016(13)
[3]基于量子纠错码的小型量子网络路由通信协议[J]. 马鸿洋,郭忠文,范兴奎,王淑梅. 电子学报. 2015(01)
[4]量子通信网络发展概述[J]. 许华醒. 中国电子科学研究院学报. 2014(03)
[5]Preserving entanglement and the fidelity of three-qubit quantum states undergoing decoherence using weak measurement[J]. 廖湘萍,方卯发,方见树,朱钱泉. Chinese Physics B. 2014(02)
[6]量子纠缠信令网Poisson生存模型及保真度分析[J]. 聂敏,张琳,刘晓慧. 物理学报. 2013(23)
[7]量子信令中继器模型及性能仿真[J]. 薛乐,聂敏,刘晓慧. 物理学报. 2013(17)
[8]量子无线通信网络构建及性能分析[J]. 刘晓慧,裴昌幸,聂敏. 吉林大学学报(工学版). 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]一种新的量子移动Ad Hoc网络纠缠中继与最优桥接方案[J]. 聂敏,卢光跃. 西北大学学报(自然科学版). 2008(06)
本文编号：3690879
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