【摘 要】
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近几十年来,量子通信理论以其在信息安全和通信容量方面的显著优势,逐渐成为量子信息学中一个非常重要的研究方向。早期的量子通信体系主要用于点对点信息传输,随着量子通信
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近几十年来,量子通信理论以其在信息安全和通信容量方面的显著优势,逐渐成为量子信息学中一个非常重要的研究方向。早期的量子通信体系主要用于点对点信息传输,随着量子通信技术的快速发展,其应用领域不断扩展,需要建立网络化的通信体系以满足复杂的实际通信需求。然而,由于量子耦合效应和物理操作技术等因素限制,难以在两个通信终端间直接分发最大纠缠量子资源,并且无法执行量子通信过程中的大量复杂幺正操作,因此建立高速率、远距离的量子通信网络面临很大挑战。为解决量子通信网络中最大纠缠信道非最大纠缠演化问题以及高维多粒子幺正操作难以执行的问题,本文研究了高维量子隐形传态网络,提出了三种多跳隐形传态方法。首先,本文基于非最大纠缠Bell链路提出了高维Hilbert空间的无损多跳量子隐形传态方法,以在两个不直接共享纠缠资源的远程通信终端间传送一个未知的高维单粒子量子态。在传统的概率量子隐形传态中,原始信息的传送可能失败,一旦失败,传送的原始未知量子态也会随之被破坏。本文研究了信息无损的概率隐形传态方法,能够在隐形传态失败的情况下保留传送的原始未知态信息,便于通过其他可用的纠缠信道实现信息重传。其次,本文提出一种终端节点技术受限的多跳隐形传态方法。上述概率无损隐形传态体系中,主要的高维量子幺正操作都由两个通信终端执行。然而,由于目前量子操作技术的限制,不可能为网络中的多个通信节点提供复杂的高维量子操作能力,为此调整了多跳隐形传态网络架构,让具有高维量子处理能力的中间节点作为云节点,负责执行高维多粒子幺正操作,普通的中间节点以及两个终端节点则只提供简单的量子处理能力,如单粒子测量和Bell测量等,通过各个通信节点协同合作完成信息传送。最后,本文给出了基于可选择处理终端的高维链式隐形传态方法。所有中间节点同时执行Bell测量并将测量结果发送给网络中的处理器节点,处理器节点汇总所有的测量结果之后,根据两个终端节点的处理能力以及处理效率,统筹计算并合理分配给两个终端相应的幺正操作任务,调制直接纠缠信道,有效降低单一终端操作的工作负荷。
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