[发明专利]量子网络寻址方法

说明书

本申请是一件分案申请，原案申请号为：03132014.7，申请日为2003年7月8日，申请名称为：量子网络寻址方法及量子网络路由器。

技术领域

本发明涉及利用光传输技术进行网络通讯的寻址方法，尤其是一种量子信息，包括量子通信和量子计算网络系统的寻址方法。

背景技术

量子信息技术是90年代才正式开始研究的新科学领域，许多问题仍然在探索阶段，尚未大规模实用化，不存在与本发明相关的公开使用技术。根据经典网络信息技术的经验，量子网络信息也必将是量子通信的核心技术。同样的对比并考虑到量子通信的特点，量子网络系统必须满足这样一些基本性能要求：

1.多用户性

两个以上的用户可同时在系统上交换信息或共享资源；

2.可扩展性

用户数可以扩展，用户总数原则上不应受到限制；

3.用户的独立性

它应该包括了两个方面：

其一：任一用户的存在和运行与否只影响与该用户有信息交换需求的用户，而不影响整个网络的运行；

其二：任何用户的运行不应该受到互通信息以外的用户的运行的影响，也即我们通常所说的无串扰和串台；

4.网络中的每个用户应该有唯一的地址或内部编号(即经典网络中的IP地址)，据此，网络上的任何用户可以轻易地区分并连接该用户以实现通讯，同时被连接用户也应可以唯一地确定正在同自己通讯的对象；

量子网络的特殊要求：

5.网络系统必须保持量子相干性(接收测量除外)，也即消相干过程尽可能弱，更不能有除接收测量以外的光电和电光转换过程；

6.网络系统内部不能有量子信号的放大，这是量子不可克隆定理的基本要求。

对照上述条件，到目前为止，还没有完全符合该条件的量子网络结构原理和技术出现。进步最大的是量子密码的网络分配研究，已有的主要技术可归结为：

一、树型网络结构：这种结构有两种运行模式，一种模式采用光纤分路器随机将调制单光子分发给多个接收者，通过量子密钥分配协议与多个接收者建立密钥。这种模式：①需要一个控制中心，所有网上其他用户信息都必须与控制中心分享，这在保密通信中有时是不可容忍的；②通讯效率与网络上终端数量成反比，极限通讯距离同步下降，可扩展性受到限制；另一种模式则采用波长寻址方式，即控制中心采用波长作为接收者的IP，实现中心与任一用户间的密钥分配。这种运行方式解决了直接分路引起的效率降低的问题，但未能解决信息必须与控制中心分享的安全问题；树型网络的另一个重要问题是，中心以外的用户之间不能够直接互通，所以这种方案不是严格意义的网络结构。

二、环型网络结构：这种网络结构将所有用户串成一条或多条互连的封闭的环线，环网中的任意两个终端用户运用一定的协议，通过控制中心的协助实现保密互通，且不必与网络控制中心分享秘密信息，但通讯过程仍需要中心的协助。这种结构：①所有用户终端都只能在一条或互通的多条环线上，终端所在的位置受到限制；②任意两个用户之间的平均通讯距离小于点对点极限通讯距离的1/2，用户越多，近邻终端之间的距离就越短。这种网络结构已有三种不同的模式，第一种采多用户直接串联，改进的方式则采用了所谓空间光开关将多个小环串接起来，将每个用户通过空间光开关外挂在环上，原则上可以实现可变范围的量子网络，无论如何，这种网络中同时只能有一对用户工作；第二种则采用波长寻址原理，原则上多用户之间可以实现直接互通无需中心存在，且多用户组之间可以同时工作，但传输距离的限制仍然存在，而且所用波段数必须满足：

N＝n×(n-1)/2其中，N为要用波段总数，n用户总数用户数量与所需的波段总数成平方关系，网络用户总数受到限制。

三、多粒子纠缠源模式：这种模式可以在多用户间实现量子态传输，不仅可以作为量子密钥分配网络，原则上可以作为广义量子信息网络的工作模式，但纠缠粒子数量与产生效率成负指数关系，而这种方案的用户数量与纠缠粒子数直接相关，所以，网络用户数量非常有限，可扩展性很差。

综上所述，目前还没有一种网络结构和运行模式能够满足量子网络的基本要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种量子网络寻址方法并由此构造出量子网络路由器，以该路由器为核心可以组成等权的多用户量子网络系统。