[發明專利]提高量子通信網絡連通性的糾纏粒子對分發節點部署方法

有效

• 申請號: 201710378427.9
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107248888B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 余旭濤;鄒珍珍;張在琛;蔡瑞
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04L12/26;H04L12/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種提高量子通信網絡連通性的糾纏粒子對分發節點部署方法，包括(1)將量子通信網絡區域進行劃分并編號；(2)對于含有n個量子通信節點的通信網絡，隨機部署m個糾纏粒子分發節點，計算量子通信網絡連通度；(3)利用優化算法計算m個糾纏粒子對分發節點部署位置的最優解，即量子通信網絡連通性最優時，糾纏粒子對分發節點的矩形編號和坐標。本發明可用于含有任意量子通信節點數目和任意拓撲結構的量子通信網絡，其執行過程簡單，且易于實現，量子通信網絡的連通性得到顯著提高。

技術領域

本發明涉及一種量子通信網絡中糾纏粒子的分發技術，尤其涉及一種提高量子通信網絡連通性的糾纏粒子對分發節點部署方法，屬于量子通信技術領域。

背景技術

量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。為實現量子通信，通信終端需要共享糾纏粒子對，依靠量子測量技術對發送端進行量子態信息的提取，只要發送端粒子的量子態發生變化，必然影響到另一個與之處于糾纏態的粒子，最后根據發送端的測量結果對接收端的量子態進行幺正變換，從而完成信息的有效傳輸。

相比于經典通信，量子通信的應用前景更為廣泛。首先，量子通信突破了經典信息論中香農公式的制約，將帶寬和傳輸速率提高到無限，滿足空間遠距離、大容量、易組網、高速傳輸等方面的要求。其次，由于量子糾纏效應嚴格的應用條件，量子通信可以實現完全保密通信，在軍事、國防、國民經濟建設等領域都有重要作用。最后，量子通信時延為零的特點可以實現超光速通信，因此量子通信的發展必將加速人們探索宇宙空間的進程。

在量子通信網絡中，產生糾纏粒子對的設備所在的節點稱之為糾纏粒子對分發節點，參與信息傳輸的節點為量子通信節點。糾纏粒子對分發節點向多個量子通信節點分發糾纏粒子對，使量子通信節點之間建立用于傳輸攜帶信息的量子態的量子通信鏈路。若源節點和目的節點直接共享糾纏粒子對，則兩節點直接可以直接傳輸量子態；若源節點和目的節點不在同一個糾纏粒子對分發節點的分發范圍內，則源節點和目的節點間需要存在一條量子路徑，該路徑中相鄰節點間存在共享糾纏粒子對，然后通過糾纏交換等方法建立源和目的節點間的量子糾纏。所以，源節點和目的節點之間只要直接共享糾纏粒子對或者存在量子路徑就能進行量子通信，認為這兩個通信節點是連通的。

本發明中量子通信網絡連通度(Quantum Connectivity，QC)定義為，網絡中兩量子通信節點能建立量子通信鏈路的對數與總量子通信節點對數之比。因此，量子糾纏粒子對分發節點的位置分布很大程度上影響了量子通信網絡的連通性。但目前量子通信網絡構建的工作大部分基于簡單網絡拓撲結構，主要為點對點網絡拓撲，以及少量包含幾個節點的星形或總線型網絡拓撲。對復雜網絡結構下的量子通信網絡研究較少，研究工作也主要集中在網絡安全領域和量子態傳輸，關于如何部署糾纏粒子分發節點來提高網絡連通性的研究存在空缺。

發明內容

技術問題：為了提高量子通信網絡的連通性，提高網絡傳輸效率，本發明的目的在于提供一種提高量子通信網絡連通性的糾纏粒子對分發節點部署方法，根據量子通信節點的位置信息來分布糾纏粒子對分發節點的位置，使量子通信網絡的連通性得到提高。

技術方案：為了達到上述目的，本發明提出一種提高量子通信網絡連通性的糾纏粒子對分發節點部署方法，包括步驟：

(1)將量子通信網絡區域進行劃分，分割成a行b列，共a*b個大小相同的小矩形，并對每個小矩形進行編號，編號為區間[1,a*b]內的整數，并計算每個小矩形的中心位置，其中a、b為大于1的整數；

(2)對于含有n個量子通信節點的通信網絡，在區間[1,a*b]內隨機選取m個整數，在每個所選取的整數所對應的小矩形的中心位置部署糾纏粒子分發節點，計算量子通信網絡連通度。具體步驟如下：