[發明專利]一種機會式量子網絡編碼方法

有效

• 申請號: 201410440184.3
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104301098B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 尚濤;杜崗;李嬌;裴壯;彭天麗;劉建偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L12/26
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明涉及一種機會式量子網絡編碼方法，屬于通信網絡技術領域。

背景技術

網絡編碼理論于2000年由R.Ahlswede等學者提出，其劃時代的意義在于突破了經典信息論中商品流無法被壓縮的結論，指出網絡信息流可以被壓縮，從而進一步提升網絡吞吐量。隨后網絡編碼得到學術界和工業界的廣泛關注，并且在理論和應用方面得到迅速的發展。2006年，Katti等學者依據機會路由和網絡編碼相結合的思想，提出了第一個可實現的、典型的機會網絡編碼協議COPE(complete opportunity encoding，完全機會編碼)，可以應用于無線多跳網絡。COPE協議的最大特點是，中繼節點采用機會監聽(opportunistic listening)技術獲取周圍節點所擁有的數據報文，以此確定自身最優的傳輸策略。

近年來，量子網絡由于具有經典網絡所不具備的無條件安全性優勢日益受到學術界關注，同時網絡編碼的思想也逐漸引入到量子網絡中。量子網絡編碼利用了量子特性，擁有無條件安全性和擾動可檢測性等經典網絡編碼所不具備的優勢。目前的量子網絡編碼主要分為兩大類，分別是通過量子網絡傳輸量子態和通過量子網絡傳輸經典信息。針對傳輸量子態，2006年，Hayashi提出了經典的XQQ(crossing two qubits)協議，首次將網絡編碼應用到量子態傳輸方案中，利用蝶形網絡實現了基于一定保真度的兩個未知量子態概率性交叉傳輸。2007年，Hayashi又設計了基于發送方預共享糾纏態的量子網絡編碼方案，實現了量子態的完美傳輸。2010年Ma等人在Hayashi研究成果的基礎上，提出了基于發送者共享非最大糾纏態的M-qudit交叉傳輸方案。而對于傳輸經典信息，大多數方案是以特定的量子態或量子操作來表征經典信息。例如，經典的密集編碼(dense coding)能夠在雙方共享糾纏態的條件下，通過傳輸1個qubit，實現2個經典bit的傳輸。量子網絡編碼相對于經典網絡編碼而言，研究尚處于剛剛起步的階段，需要進一步的深入研究。經典網絡編碼的研究對于如何提高量子網絡編碼的性能提供了借鑒和思考方向，如何將經典網絡的優越性體現至量子網絡中是當前的研究熱點，對于進一步利用量子網絡編碼提高量子網絡性能具有極為重要的意義。

本發明將經典的機會網絡編碼思想應用于量子網絡編碼，充分發揮量子隱形傳態的特性，利用量子信道保證通信的絕對安全性，并利用經典信道可監聽的性質，由此實現具有機會式特點的量子網絡編碼。這將增強量子網絡編碼模型中量子信息傳輸的安全性，有利于進一步提高量子網絡的傳輸性能。

發明內容

本發明的技術解決問題：由于量子通信的擾動可檢測性，任何對量子信道的竊聽都能被通信者發現，而機會式網絡編碼要求通信節點可以監聽周圍節點的狀態，故與量子信道的不可監聽性質形成了矛盾。如何區分惡意的竊聽以實現安全性、如何保證合法的監聽以實現機會性是必須解決的關鍵問題。

本發明采取的技術方案是：一種機會式量子網絡編碼方法，它包含以下步驟：

步驟1.構建一般量子網絡模型，S為網絡中任一合法節點，T_i(i＝1...l)為S的鄰居節點。S與任一鄰居節點的兩個節點間預共享EPR糾纏對，用于量子態傳輸和量子信道認證。

步驟2.構建四點網絡模型，從S的鄰居節點中任意選取一個節點作為通信節點A，該鄰居節點的通信方作為B。為了區分竊聽和監聽，可以明確S為合法的監聽節點，D為非法的竊聽節點，目標實現S對A→B通信的合法監聽，同時抵御D的非法竊聽。

步驟3.節點A采用量子信道認證方法對節點A和B間糾纏對的完備性進行確認。節點A和B預先擁有一個量子信道，該量子信道由n₁個EPR糾纏對構成。

步驟4.節點A為了向節點B發送信息，在原始報文中數據位的基礎上，拓展了標識位信息，生成用于傳輸的n₂位bit經典信息。其中，數據位即為報文的真實內容，標識位用于表示某個節點對報文的擁有與否，A，B，S分別對應標識位的一位。