基于纠缠交换的量子信令中继网络模型及仿真

针对多用户量子信令网络的中继模型,本文研究了环境量子噪音对信令远程传输的影响,分析了量子交换原理,在此基础上提出了基于纠缠交换的量子信令中继策略,给出了总线型信令中继网络模型,并对量子信令远程传输成功率进行了仿真研究.结果表明:量子信令远程传输成功率与噪音功率谱密度、传输距离和中继次数三个因素密切相关;当噪音功率谱密度一定时,随着传输距离的增大,信令传输成功率呈准平抛型曲线下降;在噪音功率谱密度和总的传输距离两个因素都确定的情况下,随着中继次数的增加,信令传输成功率显著增大.因此,为了实现量子信令的可靠传输,在背景噪音一定时,必须准确设计传输距离和中继次数.     

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     

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.     

基于蛛网结构的量子卫星广域网构建策略及性能仿真

量子卫星通信是通信领域的研究热点和前沿,具有理想的信息安全性和覆盖面广的优势,对于构建全球范围的量子卫星广域网具有重要意义,而远距离传输信息时网络的可靠性、安全性和路由中继等问题仍需改进.为了构建性能良好的量子卫星广域网,本文提出利用蜘蛛网作为一种独特的自然通信拓扑结构,将自然界蛛网演进为人工蛛网拓扑,量子信息的传输采用N阶量子隐形传态路由方案,其传输时延基本不变,在此基础上构建蛛网网络拓扑量子广域网传输模型,并对构建的网络模型的误码率、吞吐率、安全密钥生成率进行仿真分析.用抗毁度作为衡量网络拓扑结构可靠性的指标,以9节点环型网和9节点蛛网为例进行定量和定性分析,得出蛛网拓扑具有更高的可靠性.当噪声的平均功率谱密度给定且不存在中继时,量子态的传输距离越大误码率越大,这时要考虑引入中继;当传输距离和噪声功率谱密度一定的情况下,误码率随着中继节点个数的增多而减小,因此在蛛网拓扑下要选择合适的路由过程.随着量子卫星分发纠缠光子对成功概率的增大,吞吐率逐渐增加;随着网络中传输时延的增大,吞吐率逐渐减小,但在该路由方案下传输时延基本不变,且蛛网结构的传输时延很小,因此本文中提出的基于N阶量子隐形传态的蛛网网络拓扑量子广域网的吞吐率不会有明显的降低.当量子信息的传输距离不断增大时,网络密钥生成率逐渐减小;随着网络中继节点个数的增多,密钥生成率逐渐增加.由此可见,利用蛛网拓扑以及N阶量子隐形传态路由方案构建量子卫星广域网具有很好的优势.     

量子信令交换机模型设计及性能分析

本文提出了量子信令交换机的模型, 该交换机由经典信息控制模块、交换控制模块和量子交换模块三部分组成. 经典控制模块负责将纠缠初态信息传送给纠缠测量及交换单元并更新路由信息. 交换控制模块实现通路选择, 为纠缠对的分发提供通路. 量子交换模块制备纠缠对, 进行Bell态的测量, 完成纠缠交换. 量子信令交换机可以实现多用户间的信令传输及局域网通信. 通过对交换机的性能分析与仿真, 结果表明该交换机结构简单、安全保密、便于扩展、时延小, 对于构建量子通信网有很好的支撑作用. 关键词： 量子通信 量子信令网 量子信令交换机 纠缠交换     

陆地量子移动通信最优纠缠多址中继方案

为了解决EPR纠缠通过大气空间在通信终端之间的分发问题,使量子移动用户之间及时建立纠缠,提出了一种新的陆地量子移动通信网络的量子纠缠多址中继方案和分区服务模型.分析比较了基于量子受控非门和极化分束器的两种纠缠纯化方法.结果表明:即使在量子移动终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,通过纠缠纯化和量子多址中继,仍然可以完成量子态的无线传输,并且其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关|因此,从数据传输时延的观点来看,该方案是最优的.本研究对于构建大规模量子移动通信网具有一定的奠基作用.     

基于最少中继节点约束的量子VoIP路由优化策略

量子信息的传输过程中,由于拥塞、链路故障等原因,导致数据分组在路由器排队,产生时延、丢包.为了保证量子Vo IP系统的性能,本文提出了基于最少中继节点约束的路由优化策略.采用基于纠缠交换的中继技术,通过优先选择最少中继节点的量子信道,实现多用户量子Vo IP通信.理论分析和仿真结果表明,当链路出现故障和拥塞时,基于M/M/m型排队系统,采用本策略,当设定量子比特的误码率为0.2,共用信道数目从4增加到8时,量子网络的呼损率由0.25下降到0.024,量子网络的最大吞吐量由64 kbps增加到132 kbps.当设定共用信道数目为4,控制量子比特的误码率从0.3到0.1时,可使量子网络最大吞吐量从41 kbps增加到140 kbps.由此可见,本策略能够极大地提高量子Vo IP网络的性能.     

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.     

基于纠缠度计算的量子移动信令相邻小区越区切换策略及仿真

信令是任何通信系统必不可少的重要组成部分,量子移动通信也不例外.然而,关于量子移动通信信令在相邻小区越区切换过程中的切换策略问题的研究迄今尚未展开.随着移动用户位置的改变,用户与基站间的纠缠度不断变化.本文提出了基于纠缠度计算的量子信令在相邻小区的越区切换策略.首先定义了信令纠缠度与距离的关系,然后研究了用户位置改变所导致用户与基站之间信令纠缠度的变化情况,提出了基于纠缠度阈值计算的切换算法.仿真结果表明,本文所提出的信令切换策略可靠性高,能够在各基站之间实现平稳切换.因此,本研究对于构造量子移动通信网络的信令系统及其标准的制定具有极为重要的技术支撑作用.     

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.     

Distributing entangled state using quantum repeater protocol: Trapped atomic ions in optomechanical cavities

Distribution of the entangled state of trapped atomic ions to long distance using quantum repeater protocol is considered. Indeed, the long distance is divided into short parts, and then using entanglement generation and entanglement swapping techniques in optomechanical cavities, the entanglement is distributed. To do the task, we perform interaction between trapped atomic ions in optomechanical cavities, operate proper measurements on trapped ions and also make Bell state measurement as a well-known way to swap the entanglement. Accordingly, the entanglement is distributed between target ions with satisfactory values of success probability and entanglement degree. The effects of detuning and amplitude of pump laser on the entanglement and success probability are evaluated. The fluctuations of entanglement and success probability are decreased by increasing of detuning. Via increasing the amplitude of pump laser, the maxima of entanglement are repeated more times and success probability undergoes the collapse-revival phenomenon.     

Entanglement in optical parametric down-conversion with losses and noise

We show that radiation generated in optical parametric down-conversion with losses and noise is entangled for all times if the coupling coefficient is higher than half of damping constant and the product of damping constant and mean number of noise photons. For the process stimulated by means of chaotic light there is a saturable bound of its intensity for the generation of nonclassical light. Otherwise the quantum behaviour and entanglement are fully reduced. Under some restrictions for noise nonclassical light can also be generated at and below the threshold.     

基于纠缠度计算的量子移动信令相邻小区越区切换策略及仿真

信令是任何通信系统必不可少的重要组成部分,量子移动通信也不例外.然而,关于量子移动通信信令在相邻小区越区切换过程中的切换策略问题的研究迄今尚未展开.随着移动用户位置的改变,用户与基站间的纠缠度不断变化.本文提出了基于纠缠度计算的量子信令在相邻小区的越区切换策略.首先定义了信令纠缠度与距离的关系,然后研究了用户位置改变所导致用户与基站之间信令纠缠度的变化情况,提出了基于纠缠度阈值计算的切换算法.仿真结果表明,本文所提出的信令切换策略可靠性高,能够在各基站之间实现平稳切换.因此,本研究对于构造量子移动通信网络的信令系统及其标准的制定具有极为重要的技术支撑作用.     

Low frequency noise in GaAs structures with embedded In(Ga)As quantum dots

Current–voltage and low frequency excess electrical noise characteristics of two different—Schottky diode and n-i-n diode—GaAs structures embedded with self-assembled In(Ga)As quantum dots are reported. We find the growth of quantum dots induces defects not only near the quantum dot but also extended to quite a distance toward the growth direction. In Schottky diode structure, comparing with the reference sample without the quantum dot layer, the current dependence of the low frequency noise spectral density indicated that the noise is from the generated interface states with the density increasing towards the band tail. Also the crystal quality of the Schottky diode including the quantum dot layer, deduced from the Hooge parameter, was slightly worse than that of the reference sample. For n-i-n diode structure, the current–voltage relation was linear, and a quadratic current dependence of the noise spectral density was observed. The Hooge parameter for the n-i-n structure was determined to be on the order of unity indicating the general degradation of the structure.     

Entanglement distillation by dissipation and continuous quantum repeaters

Even though entanglement is very vulnerable to interactions with the environment, it can be created by purely dissipative processes. Yet, the attainable degree of entanglement is profoundly limited in the presence of noise sources. We show that distillation can also be realized dissipatively, such that a highly entangled steady state is obtained. The schemes put forward here display counterintuitive phenomena, such as improved performance if noise is added to the system. We also show how dissipative distillation can be employed in a continuous quantum repeater architecture, in which the resources scale polynomially with the distance.