量子无线广域网构建与路由策略

刘晓慧; 聂敏; 裴昌幸

doi:10.7498/aps.62.200304

摘要

提出了一种基于多阶量子隐形传态的量子路由方案, 在量子移动终端之间没有共享纠缠对的情况下, 仍然可以完成量子态的无线传输. 该量子路由方案可以用来构建量子无线广域网, 其传输时延与所经过的链路距离和基站数目无关, 传输一个量子态所需的时间与采用量子隐形传态所需的时间相同. 因此, 从数据传输速率的观点来看, 该方案优于基于纠缠交换的量子路由方案.

关键词:

According to multistage quantum teleportation, we here propose a quantum routing scheme which teleports a quantum state from one quantum device to another wirelessly even though the two devices which do not share entangled photon pairs mutually. By the quantum routing scheme, the model of quantum wireless wide-area networks is presented. In terms of time complexity, the proposed scheme transports a quantum bit in the time almost the same as the quantum teleportation regardless of the number of hops between the source and destination node. From this point of view, the quantum routing scheme is close to optimal scheme in data transmission time. The correlative routing process is proposed under different conditions. The quantum state is transferred by multistage quantum teleportation, therefore, the information transfer between any two nodes in quantum wireless wide-area networks is realized.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西安邮电大学通信与信息工程学院, 西安 710061;

2.
西安电子科技大学, 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室, 西安 710071

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61072067, 61172071)、国家重点实验室专项基金(批准号: ISN1001004) 和陕西省教育厅专项科研计划(批准号: 2011JK1017)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Communication and Information Engineering, Xi’an University of Post and Telecommunication, Xi’an 710061, China;

2.
State Key Laboratory of Integrated Service Networks, Xidian University, Xi’an 710071, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61072067, 61172071), the State Key Laboratory of Integrated Services Networks, China (Grant No. ISN1001004), and the Scientific Research Project of the Education Department of Shaanxi Province, China (Grant No. 2011JK1017).

参考文献

[1]	Li S, Ma H Q, Wu L A, Zhai G J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084214 (in Chinese) [李申, 马海强, 吴令安, 翟光杰 2013 62 084214]
[2]	Guo B H, Yang L, Xiang C, Guan C, Wu L A, Liu S H 2013 Acta Phys. Sin. 62 130303 (in Chinese) [郭邦红, 杨理, 向憧, 关翀, 吴令安, 刘颂豪 2013 62 130303]
[3]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Manfred E, Weinfurter H, Zeilinger A 1997 Nature 390 575
[4]	Chen P, Deng F G, Long G L 2006 Chin. Phys. 15 2228
[5]	Pan J W, Simon C, Brukner C, Zellinger A 2001 Nature 410 1067
[6]	Jin X M, Ren J G, Yang B, Yi Z H, Zhou F, Xu X F, Wang S K, Yang D, Hu Y F, Jiang S, Yang T, Yin H, Chen K, Peng C Z, Pan J W 2010 Nature Photon. 4 376
[7]	Yin J, Ren J G, Lu H, Cao Y, Yong H L, Wu Y P, Liu C, Liao S K, Zhou F, Jiang Y, Cai X D, Xu P, Pan G S, Jia J J, Huang Y M, Yin H, Wang J Y, Chen Y A, Peng C Z, Pan J W 2012 Nature 488 185
[8]	Kwait P G, Waks E, White A G, Appelbaum I, Eberhard P H 1999 Phys. Rev. A 60 R773
[9]	Raimond J M, Brune M, Haroche S 2001 Rev. Mod. Phys. 73 565
[10]	Sun B, Chapman M S, You L 2004 Phys. Rev. A 69 042316
[11]	Artur S, Regina B H, Barry C S, Wolfgang T 2009 Phys. Rev. A 80 062310
[12]	Dousse A, Suffczyński J, Beveratos A, Krebs O, Lemaître A, Sagnes I, Bloch J, Voisin P, Senellart P 2010 Nature 466 217
[13]	Guo Z, Yan L S, Pan W, Luo B, Xu M F 2011 Acta Phys. Sin. 60 060301 (in Chinese) [郭振, 闫连山, 潘炜, 罗斌, 徐明峰 2011 60 060301]
[14]	Song K H, Zhang W J, Guo G C 2002 Chin. Phys. 11 218
[15]	Peng C Z, Yang T, Bao X H, Zhang J, Jin X M, Feng F Y, Yang B, Yang J, Yin J, Zhang Q, Li N, Tian B L, Pan J W 2005 Phys. Rev. Lett. 94 150501
[16]	Bourgoin J P, Meyer-Scott E, Higgins B L, Helou B, Erven C, Hbel H, Kumar B, Hudson D, D’Souza I, Girard R, Laflamme R, Jennewein T 2013 New J. Phys. 15 023006
[17]	Liu X H, Pei C X, Nie M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 120303
[18]	Zhu C H, Pei C X, Ma H X, Yu X F 2006 J. Xidian Univ. 33 839 (in Chinese) [朱畅华, 裴昌幸, 马怀新, 于晓飞 2006 西安电子科技大学学报 33 839]
[19]	Zhou X Q, Wu Y W, Zhao H 2011 Acta Phys. Sin. 60 040304 (in Chinese) [周小清, 邬云文, 赵晗 2011 60 040304]
[20]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2012 Acta Phys. Sin. 61 220303 (in Chinese) [余旭涛, 徐进, 张在琛 2012 61 220303]

施引文献

[1]	Li S, Ma H Q, Wu L A, Zhai G J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084214 (in Chinese) [李申, 马海强, 吴令安, 翟光杰 2013 62 084214]
[2]	Guo B H, Yang L, Xiang C, Guan C, Wu L A, Liu S H 2013 Acta Phys. Sin. 62 130303 (in Chinese) [郭邦红, 杨理, 向憧, 关翀, 吴令安, 刘颂豪 2013 62 130303]
[3]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Manfred E, Weinfurter H, Zeilinger A 1997 Nature 390 575
[4]	Chen P, Deng F G, Long G L 2006 Chin. Phys. 15 2228
[5]	Pan J W, Simon C, Brukner C, Zellinger A 2001 Nature 410 1067
[6]	Jin X M, Ren J G, Yang B, Yi Z H, Zhou F, Xu X F, Wang S K, Yang D, Hu Y F, Jiang S, Yang T, Yin H, Chen K, Peng C Z, Pan J W 2010 Nature Photon. 4 376
[7]	Yin J, Ren J G, Lu H, Cao Y, Yong H L, Wu Y P, Liu C, Liao S K, Zhou F, Jiang Y, Cai X D, Xu P, Pan G S, Jia J J, Huang Y M, Yin H, Wang J Y, Chen Y A, Peng C Z, Pan J W 2012 Nature 488 185
[8]	Kwait P G, Waks E, White A G, Appelbaum I, Eberhard P H 1999 Phys. Rev. A 60 R773
[9]	Raimond J M, Brune M, Haroche S 2001 Rev. Mod. Phys. 73 565
[10]	Sun B, Chapman M S, You L 2004 Phys. Rev. A 69 042316
[11]	Artur S, Regina B H, Barry C S, Wolfgang T 2009 Phys. Rev. A 80 062310
[12]	Dousse A, Suffczyński J, Beveratos A, Krebs O, Lemaître A, Sagnes I, Bloch J, Voisin P, Senellart P 2010 Nature 466 217
[13]	Guo Z, Yan L S, Pan W, Luo B, Xu M F 2011 Acta Phys. Sin. 60 060301 (in Chinese) [郭振, 闫连山, 潘炜, 罗斌, 徐明峰 2011 60 060301]
[14]	Song K H, Zhang W J, Guo G C 2002 Chin. Phys. 11 218
[15]	Peng C Z, Yang T, Bao X H, Zhang J, Jin X M, Feng F Y, Yang B, Yang J, Yin J, Zhang Q, Li N, Tian B L, Pan J W 2005 Phys. Rev. Lett. 94 150501
[16]	Bourgoin J P, Meyer-Scott E, Higgins B L, Helou B, Erven C, Hbel H, Kumar B, Hudson D, D’Souza I, Girard R, Laflamme R, Jennewein T 2013 New J. Phys. 15 023006
[17]	Liu X H, Pei C X, Nie M 2010 Chin. Phys. Lett. 27 120303
[18]	Zhu C H, Pei C X, Ma H X, Yu X F 2006 J. Xidian Univ. 33 839 (in Chinese) [朱畅华, 裴昌幸, 马怀新, 于晓飞 2006 西安电子科技大学学报 33 839]
[19]	Zhou X Q, Wu Y W, Zhao H 2011 Acta Phys. Sin. 60 040304 (in Chinese) [周小清, 邬云文, 赵晗 2011 60 040304]
[20]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2012 Acta Phys. Sin. 61 220303 (in Chinese) [余旭涛, 徐进, 张在琛 2012 61 220303]

[1]	杨瑞科, 李福军, 武福平, 卢芳, 魏兵, 周晔. 沙尘湍流大气对自由空间量子通信性能影响研究. , 2022, 71(22): 220302. doi: 10.7498/aps.71.20221125
[2]	刘瑞熙, 马磊. 海洋湍流对光子轨道角动量量子通信的影响. , 2022, 71(1): 010304. doi: 10.7498/aps.71.20211146
[3]	危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性安全量子通信. , 2022, 71(5): 050302. doi: 10.7498/aps.71.20210907
[4]	陈以鹏, 刘靖阳, 朱佳莉, 方伟, 王琴. 机器学习在量子通信资源优化配置中的应用. , 2022, 71(22): 220301. doi: 10.7498/aps.71.20220871
[5]	危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛. 基于单光子双量子态的确定性的安全量子通讯. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210907
[6]	聂敏, 刘广腾, 杨光, 裴昌幸. 基于最少中继节点约束的量子VoIP路由优化策略. , 2016, 65(12): 120302. doi: 10.7498/aps.65.120302
[7]	聂敏, 王林飞, 杨光, 张美玲, 裴昌幸. 基于分组交换的量子通信网络传输协议及性能分析. , 2015, 64(21): 210303. doi: 10.7498/aps.64.210303
[8]	李熙涵. 量子直接通信. , 2015, 64(16): 160307. doi: 10.7498/aps.64.160307
[9]	聂敏, 尚鹏钢, 杨光, 张美玲, 裴昌幸. 中尺度沙尘暴对量子卫星通信信道的影响及性能仿真. , 2014, 63(24): 240303. doi: 10.7498/aps.63.240303
[10]	张沛, 周小清, 李智伟. 基于量子隐形传态的无线通信网络身份认证方案. , 2014, 63(13): 130301. doi: 10.7498/aps.63.130301
[11]	聂敏, 张琳, 刘晓慧. 量子纠缠信令网Poisson生存模型及保真度分析. , 2013, 62(23): 230303. doi: 10.7498/aps.62.230303
[12]	李申, 马海强, 吴令安, 翟光杰. 全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案. , 2013, 62(8): 084214. doi: 10.7498/aps.62.084214
[13]	杨小琳, 周小清, 赵晗, 王朋朋. 基于量子隐形传态的数据链路层选择重传协议. , 2012, 61(2): 020303. doi: 10.7498/aps.61.020303
[14]	何锐. 基于超导量子干涉仪与介观LC共振器耦合电路的量子通信. , 2012, 61(3): 030303. doi: 10.7498/aps.61.030303
[15]	宋汉冲, 龚黎华, 周南润. 基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议. , 2012, 61(15): 154206. doi: 10.7498/aps.61.154206
[16]	印娟, 钱勇, 李晓强, 包小辉, 彭承志, 杨涛, 潘阁生. 远距离量子通信实验中的高维纠缠源. , 2011, 60(6): 060308. doi: 10.7498/aps.60.060308
[17]	周小清, 邬云文, 赵晗. 量子隐形传态网络的互联与路由策略. , 2011, 60(4): 040304. doi: 10.7498/aps.60.040304.2
[18]	周南润, 曾宾阳, 王立军, 龚黎华. 基于纠缠的选择自动重传量子同步通信协议. , 2010, 59(4): 2193-2199. doi: 10.7498/aps.59.2193
[19]	周小清, 邬云文. 利用三粒子纠缠态建立量子隐形传态网络的探讨. , 2007, 56(4): 1881-1887. doi: 10.7498/aps.56.1881
[20]	周南润, 曾贵华, 龚黎华, 刘三秋. 基于纠缠的数据链路层量子通信协议. , 2007, 56(9): 5066-5070. doi: 10.7498/aps.56.5066

计量

文章访问数: 7064
PDF下载量: 696
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板