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基于广义QPC码的量子中继方案研究

基于广义QPC码的量子中继方案研究

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作者：熊星宇西安电子科技大学

学位级别：硕士

量子信息学是一门基于量子力学和经典信息学的交叉学科。和经典信息类似,量子信息的长距离传输会受到光子损耗错误的显著影响。因为量子态的不可克隆定理,量子信息无法像经典信息一样直接放大,而通过量子中继方案可以解决这个问题。目前... 详细信息

量子信息学是一门基于量子力学和经典信息学的交叉学科。和经典信息类似,量子信息的长距离传输会受到光子损耗错误的显著影响。因为量子态的不可克隆定理,量子信息无法像经典信息一样直接放大,而通过量子中继方案可以解决这个问题。目前,一个前沿的量子中继方案是通过量子隐形传态在中继站间进行信息的单向传输,并结合了线性光学的Bell测量来执行必要的操作。与传统的量子中继方案相比,由于它具有更高传输速率的潜力,因而受到人们的广泛关注。本文结合基于量子隐形传态的中继方案和量子奇偶校验码(QPC)的结构特点进行了以下分析和创新:首先,本文具体分析了基于量子隐形传态中继方案的基本原理,证明了所有的Calderbank-Shor-Steane(CSS)码都可以通过量子隐形传态进行传输。其次,考虑到在实际运用中,基于线性光学的Bell测量效率只有1/2,导致大量的CSS码在测量结束后状态无法被正确地区分。因此,本文对执行量子隐形传态必需的Bell测量策略进行分析,推导出了能够在此约束条件下进行有效信息中继传输的CSS码所必须满足的条件。再次,本文以逻辑层Bell测量的效率随着码长增加趋近于1为目标,解析了QPC码的性能和其参数之间的关系,提出了一种构造高性能QPC码所需的参数调选策略。最后,基于本文前述工作,借鉴QPC码的本质结构特征,给出了一种新的QPC码的构造方法,传统的QPC可归为其一种特例,我们把这种新的QPC码称为广义QPC码。通过数值计算与模拟对比分析,相较于传统QPC码,我们给出的广义QPC码构造方式更加灵活,性能也更加优异,能够大幅提高逻辑量子态在光子衰减信道中的传输成功率。例如码率为1/20的广义QPC码传输成功率比QPC码最多能提高14%。另外,通过对广义QPC码最优分块模式进行分析,本文给出了一种在给定噪声模型下构造高性能广义QPC码的方法。

关键词：量子中继量子隐形传态 Bell测量量子奇偶校验码广义量子奇偶校验码

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