量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)是由一類遵循量子力學(xué)規(guī)律具備量子通信和無線通信能力的節(jié)點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)量子通信的網(wǎng)絡(luò)，是量子通信網(wǎng)絡(luò)在無線領(lǐng)域的延伸，未來在無線安全通信方面應(yīng)用非常廣泛。量子隱形傳態(tài)和量子無線路由協(xié)議是量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)中必不可少的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。然而現(xiàn)有量子多跳隱形傳態(tài)方法存在端到端傳輸延時(shí)大，經(jīng)典通信開銷大，成功傳輸?shù)淖畲蟾怕实偷葐栴}，而現(xiàn)有量子無線路由協(xié)議中路由度量和量子選路方法也限制了量子隱形多跳傳態(tài)性能，無法滿足未來量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)應(yīng)

2、用需求。
　　本論文對量子隱形傳態(tài)和量子無線路由協(xié)議進(jìn)行深入分析和研究，提出了包括并行多跳隱形傳態(tài)，測量結(jié)果映射，量子路徑先行驗(yàn)證等在內(nèi)的方法，降低了傳輸延時(shí)和經(jīng)典通信開銷，采用二粒子和三粒子部分糾纏態(tài)作為量子信道進(jìn)行量子隱形傳態(tài)提升了最大成功率，通過仿真驗(yàn)證了適合現(xiàn)實(shí)場景特點(diǎn)的量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)路由度量和量子無線路由選路方法。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提出基于任意Bell對的多跳并行低延時(shí)隱形傳態(tài)方法，用以在

3、量子無線多跳網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效的量子信息傳輸。利用并行的量子糾纏交換技術(shù)降低端到端多跳傳輸延時(shí)，并理論上證明與串行糾纏交換方法相比，本方法具有更低的傳輸延時(shí)并適用于更一般的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。同時(shí)為正確還原量子態(tài)，提供數(shù)學(xué)矩陣計(jì)算和有限狀態(tài)機(jī)兩種方法，相比于窮舉和圖表方法降低了復(fù)雜程度。
　　2.提出一種基于后置量子測量結(jié)果映射(result-mapping)的降低經(jīng)典通信開銷的方法。測量結(jié)果映射模塊在經(jīng)典信息層面解決了因共享任意種類Bell對

4、而帶來的經(jīng)典通信上升的問題，相比于前置變換Bell對的方法，操作簡單，可實(shí)施性強(qiáng)。同時(shí)采用在路由協(xié)議報(bào)文中捎帶(piggyback)控制信息的傳輸技術(shù)，避免了額外的控制開銷。通過理論分析證明這種方法使經(jīng)典通信開銷降低了50％。
　　3.提出一種借助二粒子部分糾纏態(tài)和三粒子最大糾纏W態(tài)為量子信道傳輸任意二粒子糾纏態(tài)的方法，引入輔助粒子以成功還原量子態(tài)。通過理論分析證明，量子隱形傳態(tài)成功的最大概率提升為2/3。相比于利用雙W態(tài)作為量子

5、信道的方法(4/9)，成功傳輸?shù)淖畲蟾怕侍嵘?0％。進(jìn)而推廣到對更一般的情況，借助二粒子部分糾纏態(tài)和三粒子部分糾纏GHZ態(tài)為信道實(shí)現(xiàn)任意二粒子態(tài)的傳輸，通過理論分析證明該方法成功進(jìn)行量子態(tài)傳輸?shù)淖畲蟾怕蕿?。
　　4.提出一種基于路徑先驗(yàn)方法的量子無線源路由協(xié)議以適應(yīng)量子信息在網(wǎng)絡(luò)中并行多跳傳輸?shù)囊蟆＝?jīng)過仿真測試，能夠?qū)⒃新酚蓞f(xié)議的傳輸成功率從85％提升到100％。以此結(jié)合并行多跳隱形傳態(tài)方法并引入“預(yù)計(jì)經(jīng)典通信跳數(shù)”作為路