聯合噪聲條件下的量子通信和網路研究

《聯合噪聲條件下的量子通信和網路研究》是依託重慶大學，由李熙涵擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聯合噪聲條件下的量子通信和網路研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李熙涵
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

本項目將對聯合噪聲條件下的量子通信和量子通信網路及其涉及到的相關問題展開研究。針對不同形式的信道噪聲，選擇光子的極化、相位、頻率、橫模等自由度編碼信息，提出相應的抑制噪聲的光量子態保真傳輸新方法，力求達到高效經濟、在現有實驗條件下容易實現的目標；研究噪聲環境下安全量子通信的實現過程，重點討論信道噪聲和避錯方案的選取對通信成功率和安全性的影響；研究基於原子腔存儲的光量子避錯傳輸方案，在此基礎上研究噪聲情況下的量子通信網路物理模型，抑制不誠實的伺服器和潛在的竊聽者利用噪聲掩飾竊聽的行為。通過本項目的研究，爭取得到一些在不同噪聲形式下經濟實用的量子態傳輸和安全的量子通信方案，對量子通信的網路化、實用化進程有所幫助。

結題摘要

量子通信是以量子態為載體、利用量子力學的基本原理保障通信安全的一門新興學科。量子通信研究的最終目標是服務於我們的生產生活。早期的量子通信研究側重於理想條件下理論模型的建立。近年來，隨著實驗條件的改善，研究者們更加關注實際噪聲條件下的量子通信研究。在量子通信的眾多物理實體中，光子由於其傳輸快速、容易操控、與環境耦合相對較弱等優點，一直被視為理想的信息載體。光子的極化和相位自由度也在量子通信實驗中被廣泛使用。實驗發現，光子的不同自由度在傳輸過程中都會與環境發生耦合，從而影響通信過程的效率和安全性。本項目主要研究噪聲條件下的基於光量子態的量子通信過程。光子除了極化和相位等常規自由度等，其時間、路徑、頻率、模式等自由度也可以用於載入信息，這些自由度在信息的操控、抗噪、傳輸、測量等方面各具優勢。我們調研了光子不同自由度的特徵，首先研究了在遠距離通信雙方之間共享糾纏態的方法，提出了一步實現的糾纏純化方案、基於頻率自由度輔助的糾纏分發方案和基於路逕自由度輔助的糾纏分發方案。量子糾纏態是量子通信的重要資源，我們的研究成果作為量子通信的必要過程，在基於糾纏態的量子通信方案中都有良好的套用前景。隨後我們調研了近幾年新興的糾纏資源—量子超糾纏態，即同時在不同自由度上糾纏的量子態。我們討論了超糾纏態的區分問題，並提出了兩種不同的超糾纏態濃縮方案，使遠距離的通信雙方可以保真地共享超糾纏態，從而用於後續的量子通信過程。此外我們還提出了無需對準基矢的量子密鑰分配方案。一方面理論上通信雙方對準基矢的過程需要無限的資源，因此我們的方案可以大大節約資源，提高通信效率。另一方面，沒有對準的基矢可以看作信道噪聲，我們的方案可以用於對抗此種形式的噪聲。總的來說，我們的方案給出了在實際的噪聲環境下實現高效保真的量子通信過程的方法，我們相信這些方案在噪聲條件下的量子通信中會有很好的套用價值，為量子通信實用化進程做出貢獻。