基于部分纠缠态的无线量子通信网络研究

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量子通信由于其安全性和高效性已成为前沿研究领域之一。量子通信技术与无线网络技术的结合,带来一种灵活、高速、安全、高容量的无线通信方式,适应动态性、开放式的网络环境。本文对基于部分纠缠态的无线量子通信网络进行研究,提出了基于部分量子纠缠态的无线网络模型,分析网络中纠缠量子态粒子的分发速率,提出基于二粒子部分纠缠态的量子对桥接传输方案及部分纠缠态+w态量子隐形传态方案,设计两种不同的无线量子网络通信路由协议。首先对无线量子通信网络中节点分布规律、节点功能、通信方式给出定义,引入逾渗理论分析了当无线量子网络趋于无限大,且节点密度超过阈值时网络的整体特性。利用量子高速公路的概念,对网络中任意两节点间的量子信道建立速率进行分析,包括基础链路、不同中继长链路以及网络节点数t趋于无穷大时,大规模网络中远距离两节点间的量子信道建立速率,得出t个节点二维量子通信网络中,量子信道建立速率为Ω(1/t)的结论。然后对于二粒子部分纠缠量子态隐形传态特性进行分析,提出两种新型传输方案,分别为二粒子部分纠缠量子对桥接方案,及基于二粒子部分纠缠态与三粒子W纠缠态量子信道的隐形传态方案。第一种方案实现了量子电路独立执行,各节点异步传输经典信息。第二种方案,引入辅助粒子后,提高了传统双W态信道的传输成功概率。最后针对以上两种不同的部分纠缠量子态隐形传态方案,提出了相应的无线量子网络通信路由协议,设计了包括基本控制分组、量子路由发现和维护过程,并给出相应的路由实例。
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