基于极化-空间模超纠缠的量子网络多跳纠缠交换方法研究

基于纠缠交换方法进行多跳量子信息传输,是实现远距离量子网络通信的基本方式之一.传统的多跳量子网络通常使用单自由度极化光子纠缠态作为量子信道,信息传输容量较低且容易受到噪声的干扰.本文提出一种基于超纠缠的高效量子网络多跳纠缠交换方法,利用极化-空间模式两自由度的纠缠光子,建立超纠缠量子多跳信息传输通道.以远程超纠缠隐形传态的信道建立需求为例,首先给出了基础的逐跳超纠缠交换方案,为降低该方案的端到端超纠缠建立时延,提出在中间量子节点进行同时测量的并行超纠缠交换方案.在此基础上,为降低并行超纠缠交换的经典信息开销,进一步提出一种分级并行超纠缠交换方案.理论分析及仿真结果表明该方案的纠缠建立时延接近于并行超纠缠交换方案,但可以减少经典信息传输量,在一定程度上实现两者的平衡.相比传统的纠缠交换方法,本文方案有利于解决远程超纠缠通信的需求,对未来构建更高效率的量子网络有积极意义.     

基于腔QED的多用户间的多原子量子信道的建立

提出基于腔QED技术的多用户间的多原子W态和GHZ态量子信道的建立方案.在量子网络的空闲时段,各个用户和量子交换机共享EPR对.量子交换机通过原子和腔场的相互作用将两个EPR对制备成W态,再与另一个EPR对进行纠缠交换,经过直接测量后为用户建立三原子W态量子信道;同时讨论了四用户间的W态量子信道的建立方案.量子交换机对三个EPR对进行纠缠交换,将三个原子同时与腔场作用,经过直接测量后为用户建立三原子GHZ态量子信道;并将此方法推广到N个用户间的GHZ态量子信道的建立. 关键词： 腔QED 量子信道 量子交换机 纠缠交换     

量子信令中继器模型及性能仿真

为了解决量子信令远程传输损伤问题,提出了一种量子信令中继器模型. 在该模型中,首先对接收到的信令量子态进行纠缠纯化和纠缠分发,这样就可在收发双方之间建立纠缠信道. 其次,通过纠缠交换,传送所要发送的量子信令,从而完成量子信令的中继. 仿真结果表明,在保真度为0.98、纠缠对成功建立概率为0.98的条件下, 信令中继成功率可以达到97%以上;在纠缠交换概率、纯化概率和纠缠对成功建立概率都为0.98时, 量子信令中继器的吞吐量可达到183kbps,以上各项指标能够有效满足量子通信对信令中继的要求. 关键词： 量子通信 量子信令 纠缠纯化 纠缠分发     

基于六粒子最大纠缠态的双向控制隐形传态方案(英文)EI北大核心CSCD

提出了一个利用六粒子最大纠缠态作为纠缠资源的双向量子控制隐形传态方案.该理论方案中,六粒子最大纠缠态作为量子通道来连系着合法的三方——通信双方和控制方,通信双方既是发送方同时也是接收方.传输过程中,Alice传输一个任意单粒子态a给Bob的同时Bob也传输一个任意的单粒子态b给Alice;由控制方Charlie来控制和协助通信双方完成最终的量子态的交换;Bob先对自己手中的粒子作一个幺正操作,用户双方再各自对自己手中的粒子执行Bell基测量,测量完成后通过经典信道将自己的测量结果公开宣布,用户双方根据对方所公布的测量结果做相应的幺正操作,从而成功地实现双向量子控制隐形传态.     

一种基于纠缠态的量子中继通信系统

提出了一种基于纠缠态的量子中继通信系统,该系统应用纠缠为基本资源.纠缠为量子隐形传态和绝对安全的量子通信提供了保证.量子中继器用来延长高纠缠度的纠缠光子对的纠缠距离,利用纠缠交换和纠缠纯化在系统的发信者与受信者之间建立光子对的纠缠.应用量子隐形传态的原理传输量子信息.系统分析表明,量子通信系统的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率增大而显著增加,量子信号的传输距离取决于量子中继节点的级数.     

基于纠缠交换的仲裁量子签名方案

提出了一种基于量子纠缠交换的仲裁签名协议. 以Bell态为基础,首先将待签消息利用幺正算符序列进行编码,通过算符序列对Bell态进行调制,再通过对量子信息加密产生签名.验证者将签名信息与仲裁者通过纠缠交换所产生的关联态相结合,通过Bell测量来对签名的真实性进行验证.算法利用量子加密保障了真实签名的不可伪造性,同时通过仲裁的参与结合量子密钥有效解决了双方的抵赖问题,方案还能够有效实现对通信双方隐私信息的保护. 关键词： 量子密码 量子签名 纠缠交换     

基于四粒子GHZ态的可控量子双向隐形传态及安全性

提出一个基于四粒子GHZ纠缠态实现未知单粒子态的可控量子双向传态方案.通信双方Alice和Bob以及控制方事先密享两对四粒子GHZ纠缠态以构建量子信道,根据纠缠粒子的不同分发方式,以及测量时所选择的不同测量基,可以分别实现三方和四方参与的可控量子双向传态.通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作量子投影测量,若控制方同意双方通信,则对自己拥有的粒子作测量并通过经典信道公布测量结果.通信双方根据控制方公布的测量结果对各自的某个粒子作相应的幺正变换,即可在己方的粒子上重建对方待传的量子态.由于第三方Charlie以及第四方Dennis的加入,整个双向传态的安全性大为提高.     

利用三粒子纠缠态建立量子隐形传态网络的探讨

利用W态纠缠源可以产生三纠缠粒子，用这些相互纠缠的粒子作为量子信道，再辅以经典信道传送Bell基联合测量信息和von Neumann测量信息，便可实现量子隐形传态网络.基于上述思想，研究了三纠缠粒子量子隐形传态网络的物理基础，得到了基于三粒子W 关键词： 量子通信 量子隐形传态 W态')" href="#">W态     

双向隐形传态方案及安全性分析

提出了一种用Bell纠缠态作为量子信道,实现双向隐形传态的方案.通信双方Alice、Bob事先共享二对Bell纠缠态,通信开始后,Alice、Bob分别对自己拥有的部分粒子作Bell基联合测量,并将测量结果通过经典信道告诉对方.Alice、Bob根据对方提供的测量结果,做相应的幺正变换,即在己方的粒子上,再现对方要传的量子态信息,从而实现双向传态的目的.为了提高量子双向隐形传态的安全性,加入第三方控制,分析表明,通过增加控制方的粒子数可以增加系统的安全性,但增加到一定数量后,将无助于量子信道安全性的提高.     

基于Bell态和Bell测量的无信息泄露受控双向量子安全直接通信(英文)

提出一个无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议.协议中合法通信双方Alice和Bob在控制者Charlie的控制下实现彼此秘密信息的安全交换,利用3个Bell态纠缠交换后的测量相关性来克服信息泄露问题.由于该协议仅利用Bell态作为量子资源,而且仅需要进行Bell测量,所以方便实现.安全性分析表明,该协议不仅能检测到外部窃听者的主动攻击,而且还能检测到控制者Charlie的不诚实行为,因此,具备良好的安全性.     

基于分组交换的量子通信网络传输协议及性能分析

量子纠缠交换能够建立可靠的量子远程传输信道, 实现量子态的远程传输. 然而, 基于纠缠交换的量子信道要求网络高度稳定, 否则会浪费大量纠缠资源. 为节省纠缠资源, 本文根据隐形传态理论, 提出了一种基于分组交换的量子通信网络传输协议, 建立了发送量子态所需的纠缠数目与所经过的路由器数、链路错误率的定量关系, 并与纠缠交换传输协议进行了比较. 仿真结果表明, 在链路错误率为0.1% 时, 分组传输协议所使用的纠缠数目少于纠缠交换的数目, 另外, 随着错误率的升高, 分组传输协议所需的纠缠数比纠缠交换协议明显减少. 由此可见, 基于分组交换的量子通信网络传输协议在网络不稳定时, 能够节省大量纠缠资源, 适用于链路不稳定的量子通信网络.     

Distributed wireless quantum communication networks

The distributed wireless quantum communication network （DWQCN） ha~ a distributed network topology and trans- mits information by quantum states. In this paper, we present the concept of the DWQCN and propose a system scheme to transfer quantum states in the DWQCN. The system scheme for transmitting information between any two nodes in the DWQCN includes a routing protocol and a scheme for transferring quantum states. The routing protocol is on-demand and the routing metric is selected based on the number of entangled particle pairs. After setting up a route, quantum tele- portation and entanglement swapping are used for transferring quantum states. Entanglement swapping is achieved along with the process of routing set up and the acknowledgment packet transmission. The measurement results of each entan- glement swapping are piggybacked with route reply packets or acknowledgment packets. After entanglement swapping, a direct quantum link between source and destination is set up and quantum states are transferred by quantum teleportation. Adopting this scheme, the measurement results of entanglement swapping do not need to be transmitted specially, which decreases the wireless transmission cost and transmission delay.     

Switching and Swapping of Quantum Information: Entropy and Entanglement Level

Information switching and swapping seem to be fundamental elements of quantum communication protocols. Another crucial issue is the presence of entanglement and its level in inspected quantum systems. In this article, a formal definition of the operation of the swapping local quantum information and its existence proof, together with some elementary properties analysed through the prism of the concept of the entropy, are presented. As an example of the local information swapping usage, we demonstrate a certain realisation of the quantum switch. Entanglement levels, during the work of the switch, are calculated with the Negativity measure and a separability criterion based on the von Neumann entropy, spectral decomposition and Schmidt decomposition. Results of numerical experiments, during which the entanglement levels are estimated for systems under consideration with and without distortions, are presented. The noise is generated by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and the intrinsic decoherence is modelled by the Milburn equation. This work contains a switch realisation in a circuit form—built out of elementary quantum gates, and a scheme of the circuit which estimates levels of entanglement during the switch’s operating.     

有噪量子信道生存函数研究及其仿真

为了构建高生存性的量子信令网, 基于保真度概念, 提出量子信道生存函数和信令网生存性的概念. 分析光纤和自由空间生存系数, 计算三种消相干机理下有噪量子信道保真度, 给出生存函数测试模型. 仿真分析表明, 通过降低量子态跃迁率, 控制光纤衰减损耗和大气衰减系数, 减小量子态演化时间, 设置量子中继, 可以建立高生存性量子信道, 为量子纠缠信令网标准的制定提供理论基础. 关键词： 量子通信 量子信令网 保真度 生存函数     

量子纠缠信令网Poisson生存模型及保真度分析

量子信令态在传输过程中,由于环境影响产生退相干,造成信令损伤,从而会对构建高生存性的量子纠缠信令网产生影响. 为分析所造成的影响,建立了自然灾害下的量子信令网Poisson损伤模型. 首先,根据信令保真度定义了灾害级数;其次,提出信令态平均损伤量子比特数,并给出信令网生存函数;最后,研究了信令损伤的修复策略并进行仿真. 仿真结果表明,灾害级数的增加会大大降低信令网生存性,而增加信令转接点数和控制信令损伤上限可改善生存性,且该修复策略循环次数少,并可将信令态的保真度由0.6快速提高到0.9,信令网的生存函数由0.4提高到0.9. 关键词： 量子通信 量子信令网 保真度 生存函数     

变分法研究一维Bose-Fermi系统的稳定性

利用能量泛函变分法研究了一维Bose-Fermi系统稳定基态的存在条件.根据Bose-Fermi系统的Lagrange量可以得到三维Bose-Fermi体系所满足的非线性动力学方程组.当外势阱的横向囚禁频率远大于轴向囚禁频率时,体系可以当作一维模型来处理.从描述三维体系的动力学方程可以得到描述一维体系的动力学方程,选取适当的无量纲参数,可以对一维动力学方程组进行无量纲处理,得到数值计算和理论分析中常用到的无量纲方程.选择高斯型试探解(简单孤立子解),利用能量泛函变分法得到一维Bose-Fermi体系稳定的 关键词： Bose-Fermi 稳定性 基态 临界条件     

多跳噪声量子纠缠信道特性及最佳中继协议

在量子通信网络中, 最佳中继路径的计算与选择策略是影响网络性能的关键因素. 针对噪声背景下量子隐形传态网络中的中继路径选择问题, 本文首先研究了相位阻尼信道及振幅阻尼信道上的纠缠交换过程, 通过理论推导给出了两种多跳纠缠交换信道上的纠缠保真度与路径等效阻尼系数. 在此基础上提出以路径等效阻尼系数为准则的隐形传态网络最佳中继协议, 并给出了邻居发现、量子链路噪声参数测量、量子链路状态信息传递、中继路径计算与纠缠资源预留等工作的具体过程. 理论分析与性能仿真结果表明, 相比于现有的量子网络路径选择策略, 本文方法能获得更小的路径平均等效阻尼系数及更高的隐形传态保真度. 此外, 通过分析链路纠缠资源数量对协议性能的影响, 说明在进行量子通信网设计时, 可以根据网络的规模及用户的需求合理配置链路纠缠资源.     

Memory-based quantum repeater in quantum information communication

This paper studies the quantum repeater in quantum information communication. We propose to introduce the photon buffer mechanism for storing photons, which uses fibre delay loops as photon memories and a programmable 1×N switcher for distributing photon delay time. Meanwhile, we also consider entanglement purification and entanglement swapping restoration at an entanglement purification or entanglement swapping failure and introduce a protection link mechanism that allows the photonic quantum repeater of a broken connection to initiate a connection restoration process.     

Quantum secure direct communication network with hyperentanglement

We propose a quantum secure direct communication protocol with entanglement swapping and hyperentanglement.Any two users, Alice and Bob, can communicate with each other in a quantum network, even though there is no direct quantum channel between them. The trust center, Trent, who provides a quantum channel to link them by performing entanglement swapping, cannot eavesdrop on their communication. This protocol provides a high channel capacity because it uses hyperentanglement, which can be generated using a beta barium borate crystal.