[发明专利]提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法

说明书

本发明公开了一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，包括(1)将量子通信网络区域进行划分并编号；(2)对于含有n个量子通信节点的通信网络，随机部署m个纠缠粒子分发节点，计算量子通信网络连通度；(3)利用优化算法计算m个纠缠粒子对分发节点部署位置的最优解，即量子通信网络连通性最优时，纠缠粒子对分发节点的矩形编号和坐标。本发明可用于含有任意量子通信节点数目和任意拓扑结构的量子通信网络，其执行过程简单，且易于实现，量子通信网络的连通性得到显著提高。

技术领域

本发明涉及一种量子通信网络中纠缠粒子的分发技术，尤其涉及一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，属于量子通信技术领域。

背景技术

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。为实现量子通信，通信终端需要共享纠缠粒子对，依靠量子测量技术对发送端进行量子态信息的提取，只要发送端粒子的量子态发生变化，必然影响到另一个与之处于纠缠态的粒子，最后根据发送端的测量结果对接收端的量子态进行幺正变换，从而完成信息的有效传输。

相比于经典通信，量子通信的应用前景更为广泛。首先，量子通信突破了经典信息论中香农公式的制约，将带宽和传输速率提高到无限，满足空间远距离、大容量、易组网、高速传输等方面的要求。其次，由于量子纠缠效应严格的应用条件，量子通信可以实现完全保密通信，在军事、国防、国民经济建设等领域都有重要作用。最后，量子通信时延为零的特点可以实现超光速通信，因此量子通信的发展必将加速人们探索宇宙空间的进程。

在量子通信网络中，产生纠缠粒子对的设备所在的节点称之为纠缠粒子对分发节点，参与信息传输的节点为量子通信节点。纠缠粒子对分发节点向多个量子通信节点分发纠缠粒子对，使量子通信节点之间建立用于传输携带信息的量子态的量子通信链路。若源节点和目的节点直接共享纠缠粒子对，则两节点直接可以直接传输量子态；若源节点和目的节点不在同一个纠缠粒子对分发节点的分发范围内，则源节点和目的节点间需要存在一条量子路径，该路径中相邻节点间存在共享纠缠粒子对，然后通过纠缠交换等方法建立源和目的节点间的量子纠缠。所以，源节点和目的节点之间只要直接共享纠缠粒子对或者存在量子路径就能进行量子通信，认为这两个通信节点是连通的。

本发明中量子通信网络连通度(Quantum Connectivity，QC)定义为，网络中两量子通信节点能建立量子通信链路的对数与总量子通信节点对数之比。因此，量子纠缠粒子对分发节点的位置分布很大程度上影响了量子通信网络的连通性。但目前量子通信网络构建的工作大部分基于简单网络拓扑结构，主要为点对点网络拓扑，以及少量包含几个节点的星形或总线型网络拓扑。对复杂网络结构下的量子通信网络研究较少，研究工作也主要集中在网络安全领域和量子态传输，关于如何部署纠缠粒子分发节点来提高网络连通性的研究存在空缺。

发明内容

技术问题：为了提高量子通信网络的连通性，提高网络传输效率，本发明的目的在于提供一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，根据量子通信节点的位置信息来分布纠缠粒子对分发节点的位置，使量子通信网络的连通性得到提高。

技术方案：为了达到上述目的，本发明提出一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，包括步骤：

(1)将量子通信网络区域进行划分，分割成a行b列，共a*b个大小相同的小矩形，并对每个小矩形进行编号，编号为区间[1,a*b]内的整数，并计算每个小矩形的中心位置，其中a、b为大于1的整数；

(2)对于含有n个量子通信节点的通信网络，在区间[1,a*b]内随机选取m个整数，在每个所选取的整数所对应的小矩形的中心位置部署纠缠粒子分发节点，计算量子通信网络连通度。具体步骤如下：