[發(fā)明專利]基于時(shí)分復(fù)用集中探測的分布式量子傳感組網(wǎng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110724158.3
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113472453B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭凱;許波;侯文佐
• 申請（專利權(quán)）人: 軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院網(wǎng)絡(luò)信息研究所
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04J3/16
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 郝亮

本發(fā)明公開一種基于時(shí)分復(fù)用集中探測的分布式量子傳感組網(wǎng)方法，量子傳感器的傳感端布設(shè)于不同點(diǎn)位，通過量子通信將攜帶傳感信息的量子態(tài)遠(yuǎn)端傳輸至量子數(shù)據(jù)中心，量子數(shù)據(jù)中心配備大規(guī)模單光子探測器陣列，通過時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對各量子傳感器傳遞的量子態(tài)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用以提升探測效率。脫離了探測環(huán)節(jié)的量子傳感器體積小、功耗低、且本地不具備數(shù)據(jù)解析能力，能夠顯著提升分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、組網(wǎng)規(guī)模、運(yùn)管效率和安全水平。同時(shí)，本發(fā)明提出的時(shí)分復(fù)用集中探測策略，也規(guī)避了單光子探測器大規(guī)模部署的成本和能耗風(fēng)險(xiǎn)，為量子互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建和量子信息技術(shù)一體融合提供了重要解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子探測、量子通信與量子網(wǎng)絡(luò)的交叉學(xué)科領(lǐng)域，具體是指一種利用長距離量子態(tài)傳輸和時(shí)分復(fù)用單光子探測陣列將分布式布設(shè)的量子傳感器感知的量子信號集中到量子數(shù)據(jù)中心進(jìn)行探測的分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)的組建方法，尤其涉及一種基于時(shí)分復(fù)用集中探測的分布式量子傳感組網(wǎng)方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

量子是能量的最小不可分離單元，滿足海森堡測不準(zhǔn)原理和量子不可克隆原理，既無法在測量之前準(zhǔn)確獲得一個(gè)未知量子的全部狀態(tài)信息，也無法全維度準(zhǔn)確復(fù)制一個(gè)已經(jīng)被測量的量子的全部狀態(tài)信息。以量子作為信息傳輸載體的量子通信技術(shù)能夠?qū)狗蛛x竊聽、預(yù)測偽造等信道攻擊手段，是一種具有數(shù)學(xué)可證明安全性的新型通信手段。此外，量子通信還是一種可將量子態(tài)長距離傳輸?shù)耐ㄐ攀侄危诹孔訒r(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)、分布式量子精密測量系統(tǒng)和分布式量子計(jì)算系統(tǒng)等新型應(yīng)用中具有重要的支撐作用。

近年來，能夠通過經(jīng)典指標(biāo)瓶頸、接近海森堡極限的量子精密測量技術(shù)飛速發(fā)展，并在磁場、電場、重力場、溫度等物理量的超靈敏超高精度傳感方面具有重要應(yīng)用。當(dāng)前量子傳感只能支持單一點(diǎn)位、單一物理量的測量，如果能有網(wǎng)絡(luò)化量子態(tài)傳輸手段并構(gòu)建量子傳感網(wǎng)絡(luò)，將會實(shí)現(xiàn)感知范圍和協(xié)同能力的指數(shù)級提升。需要注意的是，當(dāng)前量子傳感系統(tǒng)往往采用的是“收探一體”的策略，鑒于量子態(tài)探測器如單光子探測器面臨體積大功耗高等問題，上述策略嚴(yán)重限制了量子傳感網(wǎng)絡(luò)的端設(shè)備體積、組網(wǎng)規(guī)模和運(yùn)行效率。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：如何構(gòu)建端設(shè)備小型化、探測云處理化的分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)。

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于時(shí)分復(fù)用集中探測的分布式量子傳感組網(wǎng)方法，將量子傳感器的傳感端布設(shè)于多個(gè)點(diǎn)位使得各種環(huán)境物理量能夠被編譯為量子態(tài)，將此量子態(tài)保真無損地回傳匯集到量子數(shù)據(jù)中心，通過時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對不同傳感器上傳的量子態(tài)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用使得大規(guī)模單光子探測器陣列能夠無串?dāng)_地探測所有量子態(tài)并將其解析為具體點(diǎn)位的量子傳感信息，構(gòu)建端設(shè)備小型化、探測云處理化的分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)。

為了達(dá)到上述效果，本發(fā)明提供的基于時(shí)分復(fù)用集中探測的分布式量子傳感組網(wǎng)方法，布設(shè)多個(gè)量子傳感器的傳感端作為點(diǎn)位，將相關(guān)物理量轉(zhuǎn)換為量子態(tài)，將所述量子態(tài)保真無損地回傳匯集到量子數(shù)據(jù)中心；對不同傳感器上傳的量子態(tài)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，為每個(gè)量子傳感器對應(yīng)的量子態(tài)確定一個(gè)時(shí)間窗口；探測所有量子傳感器回傳的量子態(tài)信息，將其解析為物理量狀態(tài)并與布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行對應(yīng)，形成分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)功能閉環(huán)。

優(yōu)選的，上述物理量包括但不限于磁場、電場、溫度。

優(yōu)選的，上述方法具體包括：

S101、將量子傳感器的傳感端布設(shè)于多個(gè)點(diǎn)位，將磁場、電場、溫度或其他物理量轉(zhuǎn)換為量子態(tài)，通過量子通信系統(tǒng)將此量子態(tài)保真無損地回傳匯集到量子數(shù)據(jù)中心；

S102、通過時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對不同傳感器上傳的量子態(tài)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，為每個(gè)量子傳感器對應(yīng)的量子態(tài)確定一個(gè)時(shí)間窗口；

S103、通過大規(guī)模單光子探測器陣列探測所有量子傳感器回傳的量子態(tài)信息，將其解析為物理量狀態(tài)并與布設(shè)點(diǎn)位進(jìn)行對應(yīng)，形成分布式量子傳感網(wǎng)絡(luò)功能閉環(huán)。

優(yōu)選的，上述量子傳感器傳感端包括單光子光源、量子態(tài)編譯系統(tǒng)和光學(xué)信道。