[发明专利]一种量子网络编码装置和方法

说明书

本申请实施例提供了一种量子网络编码装置和方法。该装置包括至少两个发送方量子中继器、至少两个接收方量子中继器、第一路由器和第二路由器，至少两个发送方量子中继器包括第一量子中继器和第二量子中继器，至少两个接收方量子中继器包括第三量子中继器和第四量子中继器。通过采用高维非最大纠缠态作为辅助资源，通过二维基测量辅助粒子，从而预判待传输的高维量子态能否传输成功，实现了高维量子态在蝶形网络上的确定性传输，且避免了高维量子态的丢失，提高了量子信道容量和携带的信息量。

技术领域

本申请涉及通信网络技术领域，并且更具体地，涉及一种量子网络编码装置和方法。

背景技术

随着量子信息技术的迅猛发展，构建全球化量子通信网络将成为未来发展的趋势。当大规模量子通信网络形成时，在瓶颈节点势必会为量子通信带来传输拥塞问题，影响量子信息传输效率。而量子网络编码理论主要致力于解决量子通信网络传输的拥塞问题。因此，量子网络编码技术成为更多学者的研究方向。

目前，在量子网络编码的方法中，以非最大纠缠态作为量子辅助资源，结合量子测量技术，实现了量子态在蝶形网络上的传输，但该方法只局限于二维量子态的传输，量子信道的容量以及携带的信息量都有待提高。

发明内容

本申请实施例提供了一种量子网络编码装置和方法，以期能够实现高维量子态在蝶形网络上的确定性传输，避免高维量子态的丢失，提高量子信道容量和携带的信息量。

第一方面，本申请提供了一种量子网络编码装置，该装置包括：至少两个发送方量子中继器、至少两个接收方量子中继器、第一路由器和第二路由器，至少两个发送方量子中继器包括第一量子中继器和第二量子中继器，至少两个接收方量子中继器包括第三量子中继器和第四量子中继器；其中，第一量子中继器用于对待传输的第一量子态、第一辅助粒子和第一非最大纠缠态执行局域操作，并用于对第一量子态和第一非最大纠缠态的第一粒子的测量结果进行编码，得到第一信息；第一量子态的维度和第一非最大纠缠态的维度均为d，d为大于2的偶数；第二量子中继器用于对待传输的第二量子态、第二辅助粒子和第二非最大纠缠态执行局域操作，并用于对第二量子态和第二非最大纠缠态的第二粒子的测量结果进行编码，得到第二信息；第二量子态的维度和第二非最大纠缠态的维度也为d；第一路由器用于接收第一信息和第二信息，并用于对第一信息和第二信息进行异或操作，得到第三信息；第二路由器用于对第三信息进行处理，生成待发送给第三量子中继器的第四信息和待发送给第四量子中继器的第五信息；并用于向第三量子中继器发送第四信息，向第四量子中继器发送第五信息；第三量子中继器用于接收来自第一量子中继器的第一量子态和来自第二路由器的第四信息，并基于第四信息解码第一量子态；第四量子中继器，用于接收来自第二量子中继器的第二量子态和来自第二路由器的第五信息，并基于第五信息解码第二量子态。

基于上述方案，以蝶形网络为网络模型，该量子网络编码装置将高维量子编码与经典网络编码结合，实现了高维态的交叉完美通信，实现了高维信息的传输，从而有利于提高量子信道容量和信息存储空间，有利于提高传输的信息量，同时，也解决了高维经典信息传输的拥塞问题。

结合第一方面，在第一方面的某些可能的实现方式中，第一量子中继器还用于通过二维基测量第一辅助粒子，得到第一测量结果，第一测量结果用于确定第一量子态是否能够在所述第二量子中继器复现；其中，若第一测量结果为|0，则第一量子态能够在第二量子中继器复现；若第一测量结果为|1，则第一量子态不能在第二量子中继器复现；第二量子中继器还用于通过二维基测量第二辅助粒子，得到第二测量结果，第二测量结果用于确定第二量子态是否能够在第一量子中继器复现；其中，若第二测量结果为|0，则第二量子态能够在第一量子中继器复现；若第二测量结果为|1，则第二量子态不能在第一量子中继器复现。

通过二维基测量辅助粒子，基于测量结果判断高维量子态能否在另一发送方复现，也就是说，根据测量结果预判高维量子态能否在蝶形网络传输成功。引入了预判机制，实现了高维量子态在蝶形网络的确定性传输，避免了传输失败造成的量子态丢失和无效通信，提高了信道利用率。