一种全新的基于纠缠交换的量子中继策略

利用纠缠作为资源的量子通信协议具有安全性好、可靠性高、使用灵活等优势,具有广阔的发展前景,同时也对纠缠光子的保真度提出了一定的要求.提出了一种基于纠缠交换的量子中继策略,在远距离通信者之间设置多级中继,借助经典通信的辅助作用,通过节点间的纠缠交换和纠缠纯化操作为收发双方提供保真度稳定的长程纠缠连接.性能分析表明,通过合理控制中继级数和提高纠缠交换以及纠缠纯化的成功率,可以显著降低系统时延和提高系统吞吐量,为实现全球量子通信提供必不可少的纠缠资源.     

纠缠交换的量子回路实现

自从量子纠缠态及隐性传态理论提出以来,量子纠缠技术和隐性传态技术得到了迅速发展.量子隐性传态在技术上保证了量子通信的绝对安全,量子隐性传态是基于量子纠缠交换提出的.文章阐述了量子隐形传态及量子纠缠交换的基本理论,给出了一种基于Bell态实现量子纠缠交换的量子回路,该回路结构简单,易于实现.     

利用线性光学器件实现三体纠缠相干态的纠缠交换

利用一个两体最大纠缠相干态作为量子通道,通过线性光学器件实现了连续变量纠缠态的纠缠交换方案。我们采用分束器和相移器这两种线性光学器件,借助量子隐形传态的思想,实现了三体纠缠相干态的纠缠交换,这一纠缠交换只有一种测量过程是失败的,但几率很小。详细的分析显示,当光场平均光子数大于2,成功纠缠交换任意三体纠缠相干态的概率和总平均最小保真度接近1。     

基于SRAM的核心路由器交换矩阵输入端口设计

交换矩阵是核心路由器的重要组成部分,为了避免来自不同输入端口的信元同时发往同一个输出端口,需要在输入端口设置缓冲区,即输入排队交换结构。基于静态随机存储器完成了交换矩阵输入端口虚拟输出队列（VOQ）的设计,该设计可以降低核心路由器交换芯片的面积,提高输入端口缓冲区信元的响应速率,并通过DE-115开发板完成对设计的验证。     

低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析

为解决低轨道量子卫星覆盖范围下,多个量子用户的接入与信息传输问题,提出了一种多波束时分量子交换方案,并详细给出了时分量子卫星交换机的工作原理。在不同的通信时隙上,为用户分别建立量子纠缠信道并进行量子信息传送。为克服星地链路及星际链路的时延问题,提出了基于量子信道字的交换和传输方法,从而降低单时隙量子比特传输的平均时延。系统性能分析与仿真结果表明,时隙个数、量子信道字长是影响系统的用户数量、吞吐量、呼损指标的关键因素。在一定的信道条件下,通过对这些系统参数进行合理设计,能够满足特定量子卫星系统的服务需求。     

基于纠缠交换的量子信息签名方案

该文提出了一种利用纠缠粒子对交换的量子信息签名方案。在该签名方案中,Alice根据消息的编码对自己的纠缠粒子对作一局域操作,在与系统管理员及Bob进行粒子对交换后测量的结果即为消息的签名,Bob根据三方测量结果可以验证签名。该方案具有绝对的安全性,可以应用在量子通信网络中,同时还具有量子身份认证的功能,并且在现有技术条件上完全能够实现。     

一种基于纠缠交换的远程量子链路建立策略

提出一种以纠缠交换作为核心技术的远程量子链路建立策略,建立了基于链路状态矩阵的量子链路模型并分析了纠缠交换的实现和矩阵表示。提出了链路协议栈以及端到端的建立策略,分析了矩阵控制下的纠缠交换和纠缠纯化流程,计算得出了在基于自动重传请求( ARQ )协议经典信息辅助下的链路时延和吞吐量与节点数、误帧率、平均距离、操作成功率之间的定量关系。仿真结果表明：处于同一状态区间内的链路性能随节点数呈现出较为一致和平缓的变化;不同区间内的链路性能差异较为显著,在节点平均距离为1 km、经典信息误帧率为0、纠缠保真度为0.98的情况下,当节点数分别为32、33和34时,链路时延分别为1.0770 ms、1.0903 ms和1.6690 ms,链路吞吐量分别为0.9285 kb/s、0.9172 kb/s和0.5992 kb/s。     

超导电路与体声波谐振器组成的量子iSWAP门方案

高保真度量子门的物理实现是量子计算和量子通信的关键技术之一。根据电路量子声动力学和量子电动力学,提出了由两个具有较长相干时间的超导transmon qubit和一个具有高机械品质因数的薄膜体声波谐振器组成的量子门方案,体声波谐振器起到类似微波光子通道的作用,使两个transmon qubit之间实现量子态交互。该文先用Butterworth van Dyke模型分析体声波谐振器在方案中的等效电路,构建系统的量子化哈密顿量,再用二能级原子 声子混合量子态形式编码系统的量子态,通过调节外磁场来调控系统的输入态,系统的输出态可通过测量模块得到。在Jaynes Cummings模型下,该系统能完成具有高保真度的量子相位交换（iSWAP）门操作。     

利用量子比特间交换衰减实现无退纠缠的量子信息传输

在量子信息传输过程中,环境的作用会导致退相干与退纠缠。利用不同类型量子比特的优点,构成杂化量子比特系统是克服退相干效应、实现量子信息传输的一个有效方案。将耦合量子比特之间信息交换过程中存在的能量损耗(量子比特间的交换衰减),与外部环境的退相干效应有机结合起来,可以实现无退纠缠效应的量子信息传输。给出了实现无退纠缠效应信息传输,交换衰减率与退相干时间匹配的约束关系、     

基于腔QED任意两个Bell态纠缠交换的量子隐写协议

根据腔量子电动力学(QED,quantum electrodynamics)原子的演化规律提出腔QED内新颖的量子隐写协议,其隐藏容量高达4bit。协议通过腔QED中任意两个Bell态纠缠交换,建立一个隐藏信道传送秘密信息。协议不需将多粒子量子纠缠态作为量子资源,也不涉及关于多粒子量子纠缠态的纠缠交换和量子测量。分析表明,本文协议能够抵抗截获-重发攻击、测量-重发攻击和纠缠-测量攻击,具有良好的安全性。     

量子信令分层模型及纠缠分发层功能的实现策略

提出了量子信令的分层模型,分析了各层的功能。针对量子移动通信网与量子固定通信网之间量子信令传递与交换的各种情况,研究了纠缠分发层功能的实现策略。结果表明,所提出的量子信令分层模型,各层功能完善,不仅可以满足未来多用户量子通信的需要,而且分发层功能的实现策略能够适应不同网络之间量子通信的情况,具有很好的通用性。本研究对于未来量子信令标准的制定具有很好的技术支撑作用。     

自旋链中的热纠缠、混合度和量子通讯

研究了热平衡态下具有三个自旋的自旋链中的两体热纠缠和混合度,讨论了温度和外界磁场对量子纠缠和混合度的影响。发现系统处于基态时,通过调节外界磁场可以得到一种重要的量子混合态－最大纠缠混合态,这为制备最大纠缠混合态和调控纠缠提供了另一种途径。在此基础上,利用自旋链量子态作为量子信道进行量子通讯。讨论了温度和外界磁场对保真度的影响,发现温度和外界磁场对通讯保真度有重要影响;给出了保真度和两体热纠缠的关系,发现两体热纠缠越大不一定意味着保真度越高。     

Effect of non-spherical atmospheric charged particles and atmospheric visibility on performance of satellite-ground quantum link and parameters simulation

In order to study the relationship between the non-spherical atmospheric charged particles and satellite-ground quantum links attenuation. The relationship among the particle concentration, equivalent radius, charge density of the charged particle, the attenuation coefficient and entanglement of the satellite-ground quantum link can be established first according to the extinction cross section and spectral distribution function of the non-spherical atmospheric charged particles. The quantitative relationship between atmospheric visibility and communication fidelity of satellite-ground quantum link were analyzed then. Simulation results show that the ellipsoid, Chebyshev atmospheric charged particle influences on attenuation of the satellite-ground quantum link increase progressively. When the equivalent particle radius is 0.2 μm and the particle concentration is 50 μg/m³, the attenuation coefficient and entanglement of the satellite-ground quantum link is 9.21 dB/km, 11.46 dB/km and 0.453, 0.421 respectively; When the atmospheric visibility reduces from 8 km to 2 km, the communication fidelity of satellite-ground quantum link decreases from 0.52 to 0.08. It is shown that the non-spherical atmospheric charged particles and atmospheric visibility influence greatly on the performance of the satellite-ground quantum link communication system. Therefore, it is necessary to adjust the parameters of the quantum-satellite communication system according to the visibility values of the atmosphere and the shapes of the charged particles in the atmosphere to improve reliability of the satellite-ground quantum link.     

内禀退相干条件下非线性相互作用对量子纠缠和保真度的影响

通过求解Milburn 方程,研究了包含非线性相互作用的Heisenberg自旋链模型中量子纠缠和平均保真度的动力学特性,讨论了非线性相互作用和不同的初始态对量子纠缠以及平均保真度退相干的影响。研究发现,系统处于铁磁或者反铁磁的不同会导致量子纠缠随非线性相互作用的变化有极大的差异,相互作用处于铁磁情形时的纠缠变化比反铁磁时的纠缠变化更明显。研究还发现, 不同的初始态对应不同的平均保真度表现,初始态的选择会影响到系统的量子通信特性。     

原子与双模光场耦合系统纠缠纯化方案

提出了二能级原子与双模光场耦合系统的纠缠纯化方案,并对系统纯化前后量子传输保真度进行了研究.研究表明:通过调整两个量子逻辑门的旋转角度,可以有效地改进相位阻尼和失谐对量子传输保真度的影响,并且获得了通过纯化后的信道进行传输的最大保真度.     

量子通信的特色和局限性分析

利用量子纠缠粒子对的远程关联可以实现隐形传态,这是在经典物理现象中找不到的最奇妙的特性,它在量子通信中可能会扮演一个非常特殊的角色。但是利用隐形传态通信能否实现超光速通信、能否突破经典通信的距离和速率极限？通过从量子特性和通信系统工程角度对这些问题进行详细分析可知量子通信存在一些局限性,其在对潜通信和深空通信领域的应用前景有限,对量子通信系统的特色和局限性进行客观分析具有重要意义。     

T-C模型中纠缠原子与相干态光场相互作用的量子态保真度

利用全量子理论研究了两个全同的纠缠二能级原子与相干态光场相互作用的量子信息保真度。结果表明:系统、原子和场的保真度随平均光子数的增加而急剧减小;系统和原子的保真度随原子间偶极—偶极相互作用增加而变大且趋于同步,但原子的保真度增大更为明显:原子初始纠缠度对三体系保真度影响并不大。     

原子纠缠对驱动T-C模型中量子态保真度的影响

利用全量子理论求出了原子初态为任意纯态时受外场驱动的双原子T-C模型的量子态保真度,利用数值分析研究了原子初态时的纠缠对保真度的影响.结果表明,有外场驱动时原子初态的纠缠度显著地影响量子态的保真度,保真度与原子初态的相对相位也有关系.     

同小区内基于纠缠度计算的量子移动通信越区切换算法

量子通信具有绝对安全、保密的优势,将量子通信与传统移动通信二者的优点相结合,构造安全、保密、灵活、高效的量子移动通信系统是未来移动通信的发展方向,关于量子移动通信越区切换的研究目前尚未展开。为了解决量子移动通信系统的越区切换问题,提出了基于纠缠度计算的量子越区切换算法。根据用户位置的变化情况,首先定义了量子移动终端与量子基站天线之间的纠缠度,然后分析了影响该纠缠度的各种因素,最后对移动用户在各扇区之间的切换进行了深入分析和计算。研究结果表明,本文所提出的基于纠缠度计算的量子越区切换算法具有很好的可操作性和可实现性。本文对于构建未来量子移动通信系统及其标准的制定有着重要的技术支撑作用。