论文题目：量子通信网络容量问题研究
摘要：量子力学和信息理论相结合所诞生的量子信息学开创了信息学的新空间。基于量子信息学构建的量子通信网络因为其在量子域中的非局域性和态叠加特性,使得在信息处理方面具有安全性和高效性,是未来通信网络的重要组成部分。在通信网络的研究中,网络容量是组网过程中一个重要的考量指标,对其展开研究具有必要性。本文主要通过研究量子通信网络拓扑模型和量子通信网络传输模型,从而提出了量子通信网络分层模型,并在此基础上进一步研究分析量子通信网络容量模型及其影响因素。本文首先通过量子通信量子节点相对于传统通信节点的特殊性,研究分析量子通信网络中三类节点与三种链路基本特性,将量子通信网络模型分为三层。首先是主要由量子分发节点构成的纠缠粒子分发网络层,该层通过量子分发节点可以将纠缠量子对分发给量子通信链路层。量子通信层主要由量子通信节点组成,该层实现量子通信链路的生成、链接与实现,最后,还有一层结构为经典通信链路层,该层主要传输经典信息。其次本文研究分析了量子通信网络传输模型。通过量子路径上基本链路的EPR对生成速率的研究,扩展到了N跳量子通信链路的EPR对生成速率的研究,并分析出多跳量子通信网络链路链接的有效方案:应首先连接具有较高速率的链路,同时需要尽量避免先连接具有较低速率的链路以规避其在接下来链路中的嵌套。另外基于量子通信链路与节点的特殊性,本文提出了以节点间生成的EPR对数目作为资源的量子通信网络路由度量模型,并给出了系统的逻辑线路的设计方案。本文基于构建的量子通信网络拓扑模型和传输模型分析了量子通信网络容量模型,并在此基础之上仿真分析了影响容量的因素。首先仿真分析了多跳量子通信方式中跳数与纠缠交换方案数目之间的具体数量关系,通过仿真拟合发现二者呈指数增长关系,并且给出了多跳量子通信方案尽可能选择链接具有较高速率的链路,同时需要尽量避免先连接具有较低速率的链路以规避其在接下来链路中的嵌套的建议。接着通过对由100个量子通信节点所构成的量子通信网络组网模型进行分析,研究了量子分发节点数量及其位置的选取对量子通信网络模型的影响,以及对量子通信网络容量的影响。最后,仿真分析了离散量子通信网络容量,通过两组加权的无向图用prim算法分别求出其最大生成树模型,并且在此基础上研究并分析了不同纠缠资源状态对离散量子网络容量的影响。
关键词：量子通信;网络模型;容量分析;多跳传输;隐形传态
学科专业：电子与通信工程（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 量子通信网络研究背景与现状
1.1.1 量子通信的研究背景与现状
1.1.2 量子通信网络研究现状
1.2 量子通信网络容量研究意义
1.3 论文组织结构
第二章 量子通信网络理论基础
2.1 引言
2.2 量子信息的基本概念
2.2.1 量子比特与量子门
2.2.2 量子纠缠
2.2.3 纠缠交换与纠缠提纯
2.2.4 量子隐形传态
2.3 量子通信网络
2.4 本章小结
第三章 量子通信网络拓扑模型研究与分析
3.1 引言
3.2 基于节点和链路特性的量子通信网络拓扑模型研究
3.3 基于节点和链路特性的量子通信网络信道模型研究
3.4 多跳量子隐形传态
3.5 量子通信网络分层模型
3.6 本章小结
第四章 量子通信网络传输模型研究与分析
4.1 引言
4.2 量子路径上的EPR对生成速率的研究
4.3 量子通信网络路由度量模型
4.4 系统逻辑链路设计方案
4.5 本章小结
第五章 量子通信网络容量模型研究与分析
5.1 引言
5.2 量子通信网络容量模型的研究
5.2.1 量子通信网络容量的定义
5.2.2 量子通信网络容量模型分析
5.3 基于离散量子通信网络容量模型的仿真分析
5.3.1 多跳量子通信网络纠缠交换方案仿真分析
5.3.2 离散量子通信网络组网仿真分析
5.3.3 离散量子通信网络容量仿真分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果