基于近似克隆的量子网络编码协议研究

论文摘要

随着量子通信技术的不断进步,全球化通信网络的搭建成为必然趋势。伴随着网络用户规模越来越大,网络链路传输面临着严重的传输阻塞和信道噪声等通信问题,网络编码应孕而生。网络编码在解决网络拥堵等问题表现出了十分优越的性能,为大规模网络传输成为可能。把网络编码的思想应用在量子通信领域,出现了量子网络编码,量子网络编码结合了网络编码和量子通信的优点。在量子网络编码研究中,研究者们力图在量子通信网络的高效性方面取得突破。由于目前量子信息的完美无损传输还处于理想状态,因此实现量子信息的近似克隆(接近于无损传输)就成了一种可行的替代方案。本文主要关注基于近似克隆的量子网络编码的协议的设计、传输效率、资源消耗、安全性和模拟演示问题。在前人研究的基础上,提出了基于近似克隆的量子网络编码协议,并针对协议性能(包括传输保真度、资源消耗和安全性)进行分析和对协议过程模拟演示。本论文的主要研究工作包括以下两个方面:一、提出了基于近似克隆的量子网络编码协议。首先,通过把普适克隆应用在杯型网络和蝶形网络中,提出了基于近似克隆的量子网络编码协议;其次,设计了ACR操作,这个操作是预共享纠缠的扩展,用于完美传输信息,并把这个操作应用在协议中,提出了基于近似克隆的量子网络编码协议的改进协议,并考虑推广到更一般的网络模型中;最后,对提出的量子网络编码协议进行性能分析。通过理论分析,基于近似克隆的量子网络编码协议是可行的,并且具有较高的传输效率和安全性。二、设计实现了基于近似克隆的量子网络编码协议的模拟演示。综合考虑这个演示的功能要求,主要包括网络拓扑的演示,详细协议过程演示,输入输出的详细过程以及对各个协议传输保真度的比较。首先,设计展示了协议中设计到的编码操作的定义和解释;其次,设计展示了协议过程每一步的操作和结果,使得过程更加明朗;最后,设计实现了协议性能的对比效果展示。考虑到上述模拟演示功能,采用更容易实现图形界面的计算机编程语言来编写这个模拟演示。通过分析,设计实现的模拟演示可以完成协议过程的演示任务。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 基于量子网络编码方案的自由经典通信

1.2.2 基于量子网络编码方案的量子隐形传态

1.2.3 基于量子网络编码方案的近似克隆

1.3 论文结构

1.4 本章小结

第二章基础知识

2.1 量子力学基础

2.1.1 量子比特

2.1.2 量子测量

2.1.3 量子傅立叶变换

2.1.4 量子逻辑门

2.1.5 量子隐形传态

2.2 量子信息基础

2.2.1 量子操作

2.2.2 量子噪声

2.2.3 距离测量

2.2.4 量子纠错

2.2.5 熵和信息

2.3 本章小结

第三章基于近似克隆的量子网络编码协议

3.1 Hayashi等人的协议

3.2 ACR操作

3.3 基于近似克隆的量子网络编码协议

3.4 性能分析

3.4.1 保真度

3.4.2 安全性分析

3.4.3 资源消耗

3.5 扩展的蝶形网络

3.6 本章小结

第四章基于近似克隆的量子网络编码协议的模拟演示

4.1 量子仿真的研究现状

4.2 基于近似克隆的量子网络编码协议的设计

4.3 基于近似克隆的量子网络编码协议的演示

4.4 模拟演示的工作汇总

4.5 本章小结

第五章总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李坤昌

导师: 陈秀波

关键词: 近似克隆,量子网络编码,性能分析,模拟演示

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 北京邮电大学

分类号: O413;TN918

总页数: 68

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