量子无线广域网构建与路由策略

提出了一种基于多阶量子隐形传态的量子路由方案, 在量子移动终端之间没有共享纠缠对的情况下, 仍然可以完成量子态的无线传输. 该量子路由方案可以用来构建量子无线广域网, 其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关, 传输一个量子态所需的时间与采用量子隐形传态所需的时间相同. 因此, 从数据传输速率的观点来看, 该方案优于基于纠缠交换的量子路由方案. 关键词： 量子通信 多阶量子隐形传态 量子路由 量子无线广域网     

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

无噪线性放大的连续变量量子隐形传态

连续变量量子隐形传态在实际的量子通信中起着至关重要的作用.然而,实际环境的噪声与损耗会导致量子纠缠的退化,极大地影响系统的传输性能,尤其是降低系统的传输距离,阻碍其实际应用.本文提出了无噪线性放大的连续变量量子隐形传态方案,利用无噪线性放大器对退化的纠缠源进行放大,从而补偿光纤损耗信道对纠缠源的衰减影响,提升系统的性能.本文详细分析了不同损耗信道和纠缠源情况下,无噪线性放大器的增益系数选取范围以及不同增益对方案性能的影响.仿真结果表明,本文提出的方案相比于原方案,在保真度和传输距离方面都有较大的提升.该研究结果为长距离连续变量量子隐形传态的实际应用提供了一种切实有效的方法.     

多光子纠缠实验新进展--五光子纠缠技术及终端开放的隐形传态实验

在实验上发展了多光子纠缠技术,利用已有的四光子纠缠技术结合新发展的单光子源技术,在世界上第一次实现了五光子纠缠．并在此基础上实现了新型的量子隐形传态——终端开放的隐形传态．实验结果在量子力学基础问题的检验、信息论、密码学和量子计算等重要应用方向上,都具有显著的意义和价值．实验方法将大大促进未来网络化量子通信、线性光学量子计算、量子力学基础检验等重要科学问题的研究。     

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.     

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.     

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     

利用Bell态实现量子隐形传态

量子隐形传态利用了量子的纠缠特性,在物理层实现了不可破译的量子密码通信.文章从信息论的角度描述了量子纠缠态的特性,给出了实现量子纠缠态的物理门线路;利用该量子纠缠态的量子线路,分析隐形传态的通信模型,给出了利用Bell态实现隐形传态的简单结构的量子线路,证明该量子线路是可行的,为进一步研究量子密码通信提供参考.     

单光子纠缠态的纠缠转移和量子隐形传态

使用光学分束器和单光子源，利用单光子态和真空态制备出了纠缠单光子态.利用光学分束器作用和单光子探测，实现了三个通讯伙伴之间的纠缠转移.提出了一个关于纠缠单光子态的量子隐形传态方案.在这个方案中，被传送的是一个未知的单光子纠缠态.通讯双方使用的量子信道是两个单光子纠缠态.通过使用分束器作用和对输出态进行光子测量以及在经典信息的帮助下，纠缠转移和量子隐形传态的过程被完成.     

光子四维量子态隐形传输

多维量子纠缠态比二维纠缠态可加载更多的信息,多维量子系统是量子信息处理中一个很重要的资源.本文采用已实现的光子四维纠缠态,给出了光子四维量子态的张量表达式,并描述了四维量子态隐形传输的一般表示方法;通过讨论光子四维量子态系统的量子通道参数矩阵和测量矩阵的特性,得到实现完全传输和非零概率传输的充要条件.最后,本文给出在多种量子通道下的四维态的量子隐形传态方案,这一过程在张量分析表示下十分清晰明了.     

Long-distance quantum communication with “polarization” maximally entangled states

We propose a scheme for long-distance quantum communication where the elementary entanglement is generated through two-photon interference and quantum swapping is performed through one-photon interference. Local “polarization” maximally entangled states of atomic ensembles are generated by absorbing a single photon from on-demand single-photon sources. This scheme is robust against phase fluctuations in the quantum channels, moreover speeds up long-distance high-fidelity entanglement generation rate.     

Experimental free-space distribution of entangled photon pairs over 13 km: towards satellite-based global quantum communication

We report free-space distribution of entangled photon pairs over a noisy ground atmosphere of 13 km. It is shown that the desired entanglement can still survive after both entangled photons have passed through the noisy ground atmosphere with a distance beyond the effective thickness of the aerosphere. This is confirmed by observing a spacelike separated violation of Bell inequality of 2.45+/-0.09. On this basis, we exploit the distributed entangled photon source to demonstrate the Bennett-Brassard 1984 quantum cryptography scheme. The distribution distance of entangled photon pairs achieved in the experiment is for the first time well beyond the effective thickness of the aerosphere, hence presenting a significant step towards satellite-based global quantum communication.     

远距离量子通信实验中的高维纠缠源

设计了适用于远距离量子通信实验的高维纠缠源.利用连续激光器抽运产生了极化-时间两体四维纠缠光子对,在抽运功率20 mW下测到每秒700对符合,保真度为89%±3%.相比已有的高维纠缠源,在本文中发展的源具有传输便利、相位稳定性好等优点,适用于未来远距离高维量子通信实验和量子力学基本问题实验检验,如远距离高维量子密码实验、两粒子Greenberger-Horne-Zeilinger定理检验、两粒子量子赝"心灵感应"(quantum pseudo telepathy)实验演示等. 关键词： 高维纠缠 极化纠缠 时间箱纠缠 量子通信     

Quantum packet switching generation using correlated photons in a microring resonator system

We propose a new system of a packet of quantum bits generation using a soliton pulse within a microring resonator. A quantum gate can be formed by using a polarization control unit incorporating into the system. The random signal and idler pairs can be formed within the photon correlation bandwidth, which can be generated, and randomly form the packet quantum bits, i.e. quantum packet switching. Each random code (logic) can be performed by combining the signal and idler of each entangled photon pair via the quantum gate. Results obtained have shown that the packet of quantum logic bits can be generated using the entangled photon pairs generated by the proposed system.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

Mutual preservation of entanglement

We study a generalized double Jaynes–Cummings (JC) model where two entangled pairs of two-level atoms interact indirectly. We show that there exist initial states of the qubit system so that two entangled pairs are available at all times. In particular, the minimum entanglement in the pairs as a function of the initial state is studied. Finally, we extend our findings to a model consisting of multi-mode atom–cavity interactions. We use a non-Markovian quantum state diffusion (QSD) equation to obtain the steady-state density matrix for the qubits. We show that the multi-mode model also displays dynamical preservation of entanglement.     

基于N个有序纠缠光子对的量子机密共享方案

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体,密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列,其中一个序列直接发送给合作者之一Bob,在确保第一个序列发送安全后,再对第二个序列进行编码,发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量,从而得到Alice所发布的密钥,完整密钥的获得需要管理者和所有合作者共同实现.本方案采用两体纠缠态,相对三体纠缠态来说,在实验上更容易实现,仅需要线性光学元件和简单的纠缠源.     

Polarized soliton pulses generation using nonlinear micro ring resonators for multi- and long distance links

We propose a new concept of quantum soliton pulses generation using a soliton pulse in the micro ring resonators. Firstly, the chaotic soliton pulses are generated and circulated within the integrated micro ring resonators. Secondly, the specific second harmonic pulses are selected by using the appropriate ring parameters. The superposition of the second harmonic pulses within the micro ring devices introduces the randomly polarized photons within the micro ring device. The entangled photon visibility of the polarized photon is seen after passing the polarization control devices and projecting on the detectors. The optimum entangled photon visibility is obtained. The advantage of such a system is that the quantum repeater unit can be redundant for long distance quantum communication link, whereas the use of the system for multi-entangled photon sources and links is also available. The system degradation via the entangled photon states timing walk-off is also discussed.     

Quantum secure direct communication by entangled qutrits and entanglement swapping

A protocol for quantum secure direct communication by using entangled qutrits and swapping quantum entanglement is proposed. In this protocol, a set of ordered two-qutrit entangled states is used as quantum information channels for sending secret messages directly. During the process of transmission of particles, the transmitted particles do not carry any secret messages and are transmitted only one time. The protocol has higher source capacity than protocols using usual two-dimensional Bell-basis states as quantum channel. The security is ensured by the unitary operations randomly performed on all checking groups before the particle sequence is transmitted and the application of entanglement swapping.