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     

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.     

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.     

量子移动通信中纠缠信令越区切换策略及仿真

量子移动通信是量子力学与移动通信相结合的崭新的通信技术,具有灵活、高效、安全、保密的优势.本文提出了基于纠缠度计算的同小区内不同扇区天线之间纠缠信令的越区切换策略.研究了量子移动通信终端与天线纠缠度随距离及角度变化关系.在此基础上,对信令的越区切换进行了建模仿真.结果表明,本文所提出的纠缠信令切换策略可靠性高,对于对构建未来量子移动通信系统及其信令标准的制定具有重要的技术支撑作用.     

量子移动通信中纠缠信令越区切换策略及仿真

量子移动通信是量子力学与移动通信相结合的崭新的通信技术,具有灵活、高效、安全、保密的优势.本文提出了基于纠缠度计算的同小区内不同扇区天线之间纠缠信令的越区切换策略.研究了量子移动通信终端与天线纠缠度随距离及角度变化关系.在此基础上,对信令的越区切换进行了建模仿真.结果表明,本文所提出的纠缠信令切换策略可靠性高,对于对构建未来量子移动通信系统及其信令标准的制定具有重要的技术支撑作用.     

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.     

量子信令的偏振态差分相位编码方案及仿真

为了研究量子通信信令系统,实现多用户之间进行通信,提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案,阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令,然后对光子进行相位调制,通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉,由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布,导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系,推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真,结果表明本文提出的编码方案可以达到75％编码效率,能够满足量子移动通信的需要.     

中尺度沙尘暴对量子卫星通信信道的影响及性能仿真

中尺度沙尘暴是美国内华达州、我国北部及中东国家等地沙尘天气的常见形式.为了研究中尺度沙尘暴对量子卫星通信信道的影响,首先分析了沙尘暴的物理特性,根据中尺度沙尘暴的扩散模型,提出了中尺度沙尘特性与量子纠缠度的关系;然后仿真了沙尘特性对量子卫星信道参数的影响.结果表明,如果沙尘扩散时间为12 h,中尺度沙尘粒子半径分别为1和25μm,则量子卫星信道的纠缠度依次为0.6和0.4,信道的利用率分别为0.9和0.8,信道容量分别为0.95和0.8.由此可见,量子信道的各种参数与沙尘暴的特性密切相关.因此,为了提高量子卫星通信的可靠性,应根据沙尘灾变程度,自适应调整卫星信道的各种参数.     

Efficient entanglement purification in quantum repeaters

We present an efficient entanglement purification protocol(EPP) with controlled-not(CNOT) gates and linear optics.With the CNOT gates,our EPP can reach a higher fidelity than the conventional one.Moreover,it does not require the fidelity of the initial mixed state to satisfy F > 1/2.If the initial state is not entangled,it still can be purified.With the linear optics,this protocol can get pure maximally entangled pairs with some probabilities.Meanwhile,it can be used to purify the entanglement between the atomic ensembles in distant locations.This protocol may be useful in long-distance quantum communication.     

Efficient entanglement purification in quantum repeaters

We present an efficient entanglement purification protocol (EPP) with controlled-not (CNOT) gates and linear optics. With the CNOT gates, our EPP can reach a higher fidelity than the conventional one. Moreover, it does not require the fidelity of the initial mixed state to satisfy F>1/2. If the initial state is not entangled, it still can be purified. With the linear optics, this protocol can get pure maximally entangled pairs with some probabilities. Meanwhile, it can be used to purify the entanglement between the atomic ensembles in distant locations. This protocol may be useful in long-distance quantum communication.     

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     

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     

Tavis-Cummings模型中的几何量子失协特性

采用几何量子失协的计算方法,通过改变两原子初始状态、腔内光子数和偶极-偶极相互作用强度,研究了Tavis-Cummings模型中的几何量子失协特性.结果表明:几何量子失协都是随时间周期性振荡的,选取适当的初态可以使两原子一直保持失协状态,增加腔内光子数和偶极相互作用对几何量子失协有积极的影响.     

Purification in entanglement distribution with deep quantum neural network

Entanglement distribution is important in quantum communication. Since there is no information with value in this process, purification is a good choice to solve channel noise. In this paper, we simulate the purification circuit under true environment on Cirq, which is a noisy intermediate-scale quantum (NISQ) platform. Besides, we apply quantum neural network (QNN) to the state after purification. We find that combining purification and quantum neural network has good robustness towards quantum noise. After general purification, quantum neural network can improve fidelity significantly without consuming extra states. It also helps to obtain the advantage of entangled states with higher dimension under amplitude damping noise. Thus, the combination can bring further benefits to purification in entanglement distribution.     

Detecting entanglement of quantum channels

Entanglement is the crucial resource for different quantum information processing tasks. While conventional studies focus on the entanglement of bipartite or multipartite quantum states, recent works have extended the scenario to the entanglement of quantum channels, an operational quantification of the channel entanglement manipulation capability. Based on the recently proposed channel entanglement resource framework, here we study a further task of resource detection—witnessing entanglement of quantum channels. We first introduce the general framework and show how channel entanglement detection is related to the Choi state of the channel, enabling channel entanglement detection via conventional state entanglement detection methods. We also consider entanglement of multipartite quantum channels and use the stabilizer formalism to construct entanglement witnesses for circuits consisting of controlled-Z gates. We study the effectiveness of the proposed detection methods and compare their performance for several typical channels. Our work paves the way for systematic theoretical studies of channel entanglement and practical benchmarking of noisy intermediate scaled quantum devices.     

不同磁场环境下Heisenberg XXZ自旋链中的热量子失协

本文研究了不同磁场环境下一维Heisenberg XXZ自旋链中两量子比特的热量子失协特性. 在四种不同的磁场环境下: 1) B₁=B₂=0 (无磁场); 2) B₁≠0, B₂=0 (磁场只作用于其中一个量子比特); 3) B₁=B₂ (均匀磁场); 4) B₁=-B₂ (非均匀磁场), 对分别作用在每个量子比特上的磁场B₁和B₂对其量子关联的影响作了详细的讨论, 且数值计算和比较了其量子失协和量子纠缠的异同. 结果显示: 在有限温度下, 量子失协相比于量子纠缠更普遍, 且非均匀磁场相比于均匀磁场对量子失协和量子纠缠更有用, 更有利于量子通讯和量子信息处理过程. 关键词： 量子关联 纠缠 量子失协