[發明專利]基于穩定子量子糾錯碼的小型量子網絡路由方法及系統

有效

• 申請號: 201811624728.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109462548B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王淑梅;李嘉鑫;徐鵬翱;馬鴻洋
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04L9/08;H04L1/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊哲

1.一種基于穩定子量子糾錯碼的小型量子網絡路由方法，其特征在于，該方法包括：

建立量子網絡的量子網絡模型；所述建立量子網絡模型的步驟包括：1)設置源節點S₀；目的量子節點S_i(i＝1,2,…,N-1)；2)設置三列的信息通訊路由表；第一列為節點；第二列為當前路由表到代價值；第三列為下一個量子節點列表；所述信息通訊路由表包括目的量子節點列、當前路由表到目的量子節點代價值列和下一量子節點列；所述量子網絡模型包括源量子節點和若干目的量子節點；

源量子節點從發送序列中隨機選擇校驗位，發送序列編碼進行通訊初始化；在該方法的通訊初始化中，源量子節點S₀發送m個量子比特，每個量子比特可編碼擴展為n位，其中k位是有效編碼位，其余的n-k位用于誤碼檢測；量子比特序列為從λ中隨機挑選位量子比特，作為協助經典信道判斷誤碼率的校驗量子比特序列；源量子節點發送m個量子比特中第i個量子態為對于任意的M(M∈W)，存在M為穩定子W群內的n-k個生成元，由算子X、Y、Z組成；穩定子碼C(W)是M所有本征值值為1的本征向量張成的向量空間；

源量子節點生成穩定子生成元以及校驗矩陣，發送全部量子比特序列，目的量子節點確認接收量子比特序列，源量子節點與目的量子節點間進行量子網絡路由節點通訊；所述源量子節點與目的量子節點間進行量子網絡路由節點通訊的具體步驟包括：

源量子節點確定n-k個穩定子生成元；

源量子節點生成元在源量子節點發送n位量子比特前，使用生成元將量子比特編碼；

所述編碼公式采用：

其中，為對前述的比特翻轉酉轉換，x_i∈{0,1}，對于發送序列中第i個量子態來說，經過編碼后變形為

源量子節點發送經過上述編碼后的量子隱形傳態編碼序列，通過量子信道發送給目的量子節點；

目的量子節點確認接收量子隱形傳態編碼序列；

目的量子節點返回數據確認包ACK至源量子節點，源量子節點發送校驗比特序列至目的量子節點，進行經典網絡通訊輔助糾錯；所述經典網絡通訊輔助糾錯的具體步驟包括：

當目的量子節點接收完所有的量子比特序列后，通過經典網絡信道向源量子節點返回一個數據確認幀ACK；

源量子節點收到數據確認幀ACK后，將初始化中隨機選擇的位的校驗量子比特序列和相應校驗位構建成數據包，發送給目的量子節點；

目的量子節點接收數據包，根據對應數據包中的數據計算誤碼率P＝e/n，其中e為誤碼數，是集合U＝{|φ_i≠|ψ_i,|φ_i∈Q,|ψ_i∈λ}中元素的個數，其中|φ_i和|ψ_i在序列中的比特位數對應，若P≥t，則啟動重傳機制，量子比特序列重新傳輸，若Pt，則進行后續的傳輸誤碼糾正操作，t為預設閾值；

目的量子節點使用校驗矩陣判斷傳輸錯誤，使用翻轉門糾正錯誤量子位，反向編碼獲得正確比特數據；所述目的量子節點使用校驗矩陣判斷傳輸錯誤的具體步驟包括：依次對于所有的在量子比特傳輸過程中發生的翻轉錯誤的出錯態采用穩定子W的n-k個生成元測量，診斷出所有的錯誤信息以及糾錯位；

所述使用翻轉門糾正錯誤量子位，反向編碼獲得正確比特數據的具體步驟包括：

使用校驗矩陣H作用于接受到的量子比特序列，可以得到所有穩定子生成元的本征值矩陣H′，根據H′判斷各種翻轉錯誤的所有出錯量子位；

將測量結果與診斷量子伴隨式對照，同時判斷X、Z、Y三種翻轉的所有出錯量子位，對出錯量子位進行相應的糾正翻轉門操作，最后反向編碼即可獲得最終的正確量子比特數據。

2.如權利要求1所述的一種基于穩定子量子糾錯碼的小型量子網絡路由方法，其特征在于，在該方法中，所述量子網絡模型各個節點間同時存在量子信道與經典信道，量子信道依靠量子糾纏態傳遞信息，基于穩定子量子糾錯碼，經典網絡信道的通訊依靠經典路由信息協議，基于距離矢量算法的RIP協議，量子信道與經典信道共同完成量子比特傳輸。