[发明专利]一种基于量子失谐的量子网络编码方法

说明书

本发明公开一种基于量子失谐的量子网络编码方法，充分发挥量子失谐的特性，结合基于分离态的纠缠分配，设计一种基于量子失谐的量子网络编码方法，降低纠缠分配的量子资源消耗，提高通信网络的鲁棒性和吞吐量。本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明从量子关联作为通信资源的角度，采用量子失谐作为量子关联的度量进行纠缠分配，从而降低纠缠分配的量子资源消耗，提高通信网络的鲁棒性和吞吐量。(2)本发明采用基于分离态的纠缠分配，设计量子网络编码方法，在纠缠建立的过程中不涉及任何的量子纠缠，只在结束时在源节点和目的节点之间产生纠缠粒子对，充分发挥量子隐形传态在实现信息传输方面的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于量子失谐的量子网络编码方法，属于通信网络技术领域。

背景技术

量子网络编码是一种提高量子通信网络传输效率的关键技术。虽然量子网络编码与经典网络编码的基本思想大致相同，但是量子的特殊物理性质使得量子网络编码具有很多新的特点。例如，量子信息理论中量子不可克隆定理，使得量子通信网络中广播和多播不可能无损实现。在通信网络节点上，实现未知量子态的复制，必须通过牺牲保真度来实现。由于薛定谔方程是典型的时间可逆方程，在量子力学中的任何量子操作均是可逆的。对于一些不可逆的逻辑运算，例如“与”和“或”，在量子力学里就没有与之对应的操作。由于缺乏这些基本的逻辑操作，量子信息的处理受到了很大的限制。

早期的研究人员探讨了量子网络编码的可行性。在2006年，M.Hayashi等人提出了第一个量子网络编码协议XQQ。该协议实现了两个量子比特交叉通过蝶形网络的瓶颈链路，证明了在两条线路上保真度严格小于1，最终得出结论：网络编码是可行的，但需要以牺牲保真度作为代价。随后，研究人员将量子网络编码的范围扩展到一类允许非线性操作的图上，并且这类图都存在对应的经典网络编码方案。所提出的一般图量子网络编码是该图上的经典的量子通信，仍不能实现无损的量子通信。

通过研究量子特性，研究人员利用不同的量子通信资源，设计了实现完美传输的量子网络编码。2007年，M.Hayashi提出了一个无损的量子网络编码方案。该方案借助两个信息源之间共享的纠缠对，实现两个量子比特完美地交叉通过蝶形网络的瓶颈链路。H.Kobayashi等人将经典通信引入量子网络编码，证明了对于任意一种网络通信结构，只要其k-pair问题存在于经典网络编码方案，采用合适的量子操作，一定能够实现该网络结构的量子网络编码。T.Satoh等人提出了一种量子中继器方案，主要思想是通过控制纠缠的形成，在源节点和目的节点之间建立量子纠缠，实现量子隐形传态，进而实现量子信息的无损传输。该方案需要使用多对纠缠粒子，消耗资源很多。分析表明量子中继器方案的鲁棒性，甚至弱于仅用纠缠交换的协议。现有量子通信协议都是使用理论的量子纯态来实现量子纠缠。量子纯态需要所处系统是一个孤立系统，即不与外界有任何物质和能量的交流，这样在实际操作中不可能实现。因此，量子纠缠作为很好的通信资源前提是必须解决纠缠分配问题。

虽然量子纠缠在量子通信里处于核心地位是无可辩驳的，最新的研究表明，超越量子纠缠的更一般的量子关联(Quantum correlation)才是造成量子通信和量子计算优异性能的关键因素，使得量子技术超越了经典技术。相关研究从量子信息论和量子通信技术两个方向展开。