基于纠缠态的量子通信网络的量子信道建立速率模型

陈鹏; 蔡有勋; 蔡晓菲; 施丽慧; 余旭涛

doi:10.7498/aps.64.040301

摘要

针对基于纠缠态的量子通信网络, 提出了网络模型. 基于网络模型, 首先分析了基础链路的量子信道建立速率. 然后根据基础链路的量子信道建立速率, 针对不同的量子信道建立方法, 对中继长链路上的量子信道建立速率进行分析, 得到在逐点方法和分段方法下所对应的量子信道建立速率. 最后, 利用逾渗模型, 对大规模纠缠态量子通信网络中任意两点间的量子信道建立速率进行分析, 推导出n个节点量子通信网络中, 量子信道建立速率为Ω (1/n).

关键词:

Abstract

Targeting the quantum communication network based on entangled states, a network model is proposed. According to the model, the quantum channel establishing rate of basic links is then analyzed. For different quantum channel establishment methods, the quantum channel establishing rates of long relay links are also analyzed. Then the quantum channel establishing rates corresponding to the point-by-point method and segmentation method are calculated. Finally, the quantum channel establishing rate between two arbitrary points in a large-scale quantum entanglement communication network is analyzed based on the percolation model. The quantum channel establishing rate in a quantum communication network of n nodes is Ω (1/n).

Keywords:

作者及机构信息

1.
东南大学, 毫米波国家重点实验室, 南京 211189

基金项目: 江苏省未来网络创新研究院未来网络前瞻性研究项目(批准号: BY2013095-1-18) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 211189, China

Funds: Project supported by the Prospective Research Project on Future Networks of Jiangsu Future Networks Innovation Institute, China (Grant No. BY2013095-1-18).

参考文献

[1]	Nielsen M A, Chuang I L 2000 Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge: Cambridge University Press) p3
[2]	Gisin N, Ribordy G, Tittel W, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145
[3]	Mayers D 2001 J. ACM 48 351
[4]	Bennett C H, Brassard G, Crepeau C, Jozsa R, Peres A, Wooters W K 1993 Phys. Rev. Lett. 70 1895
[5]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter H, Zeilinger A 1997 Nature 390 575
[6]	Żukowski M 1993 Phys. Lett. A 177 290
[7]	Pan J W, Bouwmeester D, Weinfurter H, Zeilinger A 1998 Phys. Rev. Lett. 80 3891
[8]	Yin J, Yong H L, Wu Y P, Peng C Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 060307 (in Chinese) [印娟, 雍海林, 吴裕平, 彭承志 2011 物理学报 60 060307]
[9]	Zhao Z, Yang T, Chen Y A, Zhang A N, Żukowski M, Pan J W 2003 Phys. Rev. Lett. 91 180401
[10]	Jin X M, Ren J G, Yang B, Yi Z H, Zhou F, Xu X F, Wang S K, Yang D, Hu Y F, Jiang S, Yang T, Yin H, Chen K, Peng C Z, Pan J W 2010 Nat. Photon. 4 339
[11]	Yin J, Ren J G, Lu H, Cao Y, Yong H L, Wu Y P, Liu C, Liao S K, Zhou F, Jiang Y, Cai X D, Xu P, Pan G S, Jia J J, Huang Y M, Yin H, Wang J Y, Chen Y A, Peng C Z, Pan J W 2012 Nature 488 185
[12]	Inagaki T, Matsuda N, Tadanaga O, Asobe M, Takesue H 2013 Opt. Express 21 23241
[13]	Yu X T, Zhang Z C, Xu J 2014 Chin. Phys. B 23 010303
[14]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2012 Acta Phys. Sin. 61 220303 (in Chinese) [余旭涛, 徐进, 张在琛 2012 物理学报 61 220303]
[15]	Wang K, Yu X T, Lu S L, Gong Y X 2014 Phys. Rev. A 89 022329
[16]	Liu X H, Nie M, Pei C X 2013 Acta Phys. Sin. 62 200304 (in Chinese) [刘晓慧, 聂敏, 裴昌幸 2013 物理学报 62 200304]
[17]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2013 Chin. Phys. B 22 090311
[18]	Vollmer C E, Schulze D, Eberle T, Händchen V, Fiurášek J 2013 Phys. Rev. Lett. 111 230505
[19]	Xu F H, Qi B, Liao Z F, Lo H K 2013 Appl. Phys. Lett. 103 061101
[20]	Cao Y, Liang H, Yin J, Yong H L, Zhou F, Wu Y P, Ren J G, Li Y H, Pan G S, Yang T, Ma X, Peng C Z, Pan J W 2013 Opt. Express 21 27260
[21]	Franceschetti M, Dousse O, Tse D N C, Thiran P 2007 IEEE Trans. Inform. Theory 53 1009
[22]	Hu C, Wang X, Yang Z, Zhang J, Xu Y, Gao X 2010 IEEE Trans. Commun. 58 2916
[23]	Bose S, Vedral V, Knight P L 1999 Phys. Rev. A 60 194
[24]	Lu H, Guo G C 2000 Phys. Lett. A 276 209
[25]	Bacinoglu T, Gulbahar B, Akan O B 2010 Proc. IEEE GLOBECOM Miami, USA, December 6-10 2010 p1
[26]	He B, Ren Y H, Bergou J A 2009 Phys. Rev. A 79 052323
[27]	Schmitt-Manderbach T, Weier H, Frst M, Ursin R, Tiefenbacher F, Scheidl T, Perdigues J, Sodnik Z, Kurtsiefer C, Rarity J, Zeilinger A, Weinfurter H 2007 Phys. Rev. Lett. 98 010504

施引文献

[1]	Nielsen M A, Chuang I L 2000 Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge: Cambridge University Press) p3
[2]	Gisin N, Ribordy G, Tittel W, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145
[3]	Mayers D 2001 J. ACM 48 351
[4]	Bennett C H, Brassard G, Crepeau C, Jozsa R, Peres A, Wooters W K 1993 Phys. Rev. Lett. 70 1895
[5]	Bouwmeester D, Pan J W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter H, Zeilinger A 1997 Nature 390 575
[6]	Żukowski M 1993 Phys. Lett. A 177 290
[7]	Pan J W, Bouwmeester D, Weinfurter H, Zeilinger A 1998 Phys. Rev. Lett. 80 3891
[8]	Yin J, Yong H L, Wu Y P, Peng C Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 060307 (in Chinese) [印娟, 雍海林, 吴裕平, 彭承志 2011 物理学报 60 060307]
[9]	Zhao Z, Yang T, Chen Y A, Zhang A N, Żukowski M, Pan J W 2003 Phys. Rev. Lett. 91 180401
[10]	Jin X M, Ren J G, Yang B, Yi Z H, Zhou F, Xu X F, Wang S K, Yang D, Hu Y F, Jiang S, Yang T, Yin H, Chen K, Peng C Z, Pan J W 2010 Nat. Photon. 4 339
[11]	Yin J, Ren J G, Lu H, Cao Y, Yong H L, Wu Y P, Liu C, Liao S K, Zhou F, Jiang Y, Cai X D, Xu P, Pan G S, Jia J J, Huang Y M, Yin H, Wang J Y, Chen Y A, Peng C Z, Pan J W 2012 Nature 488 185
[12]	Inagaki T, Matsuda N, Tadanaga O, Asobe M, Takesue H 2013 Opt. Express 21 23241
[13]	Yu X T, Zhang Z C, Xu J 2014 Chin. Phys. B 23 010303
[14]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2012 Acta Phys. Sin. 61 220303 (in Chinese) [余旭涛, 徐进, 张在琛 2012 物理学报 61 220303]
[15]	Wang K, Yu X T, Lu S L, Gong Y X 2014 Phys. Rev. A 89 022329
[16]	Liu X H, Nie M, Pei C X 2013 Acta Phys. Sin. 62 200304 (in Chinese) [刘晓慧, 聂敏, 裴昌幸 2013 物理学报 62 200304]
[17]	Yu X T, Xu J, Zhang Z C 2013 Chin. Phys. B 22 090311
[18]	Vollmer C E, Schulze D, Eberle T, Händchen V, Fiurášek J 2013 Phys. Rev. Lett. 111 230505
[19]	Xu F H, Qi B, Liao Z F, Lo H K 2013 Appl. Phys. Lett. 103 061101
[20]	Cao Y, Liang H, Yin J, Yong H L, Zhou F, Wu Y P, Ren J G, Li Y H, Pan G S, Yang T, Ma X, Peng C Z, Pan J W 2013 Opt. Express 21 27260
[21]	Franceschetti M, Dousse O, Tse D N C, Thiran P 2007 IEEE Trans. Inform. Theory 53 1009
[22]	Hu C, Wang X, Yang Z, Zhang J, Xu Y, Gao X 2010 IEEE Trans. Commun. 58 2916
[23]	Bose S, Vedral V, Knight P L 1999 Phys. Rev. A 60 194
[24]	Lu H, Guo G C 2000 Phys. Lett. A 276 209
[25]	Bacinoglu T, Gulbahar B, Akan O B 2010 Proc. IEEE GLOBECOM Miami, USA, December 6-10 2010 p1
[26]	He B, Ren Y H, Bergou J A 2009 Phys. Rev. A 79 052323
[27]	Schmitt-Manderbach T, Weier H, Frst M, Ursin R, Tiefenbacher F, Scheidl T, Perdigues J, Sodnik Z, Kurtsiefer C, Rarity J, Zeilinger A, Weinfurter H 2007 Phys. Rev. Lett. 98 010504

[1]	张晓东, 於亚飞, 张智明. 量子弱测量中纠缠对参数估计精度的影响. 物理学报, 2021, 70(24): 240302. doi: 10.7498/aps.70.20210796
[2]	刘世右, 郑凯敏, 贾芳, 胡利云, 谢芳森. 单-双模组合压缩热态的纠缠性质及在量子隐形传态中的应用. 物理学报, 2014, 63(14): 140302. doi: 10.7498/aps.63.140302
[3]	谢美秋, 郭斌. 不同磁场环境下Heisenberg XXZ自旋链中的热量子失协. 物理学报, 2013, 62(11): 110303. doi: 10.7498/aps.62.110303
[4]	李智炜, 刘海军, 徐欣. 忆阻逾渗导电模型中的初态影响. 物理学报, 2013, 62(9): 096401. doi: 10.7498/aps.62.096401
[5]	胡要花, 谭勇刚, 刘强. 强度相关耦合双Jaynes-Cummings模型中的纠缠和量子失谐. 物理学报, 2013, 62(7): 074202. doi: 10.7498/aps.62.074202
[6]	胡要花. Stark位移对热环境下双Jaynes-Cummings模型中原子纠缠的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 160304. doi: 10.7498/aps.61.160304
[7]	徐健, 陈小余, 李海涛. 多进制量子图态纠缠的确定. 物理学报, 2012, 61(22): 220304. doi: 10.7498/aps.61.220304
[8]	余旭涛, 徐进, 张在琛. 基于量子远程传态的无线自组织量子通信网络路由协议. 物理学报, 2012, 61(22): 220303. doi: 10.7498/aps.61.220303
[9]	王继成, 廖庆洪, 王月媛, 王跃科, 刘树田. k光子Jaynes-Cummings模型与运动原子相互作用中的熵交换及纠缠. 物理学报, 2011, 60(11): 114208. doi: 10.7498/aps.60.114208
[10]	秦猛. 多量子位Heisenberg XX链中的杂质纠缠. 物理学报, 2010, 59(4): 2212-2216. doi: 10.7498/aps.59.2212
[11]	王海霞, 殷雯, 王芳卫. 耦合量子点中的纠缠测量. 物理学报, 2010, 59(8): 5241-5245. doi: 10.7498/aps.59.5241
[12]	赵晗, 周小清, 杨小琳. 基于腔QED的多用户间的多原子量子信道的建立. 物理学报, 2009, 58(9): 5970-5977. doi: 10.7498/aps.58.5970
[13]	王彦辉, 夏云杰. 具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的三量子比特海森伯模型中的对纠缠. 物理学报, 2009, 58(11): 7479-7485. doi: 10.7498/aps.58.7479
[14]	陶原, 潘炜, 罗斌. 一种低经典通信消耗的量子远程态制备方案. 物理学报, 2008, 57(4): 2016-2020. doi: 10.7498/aps.57.2016
[15]	成秋丽, 谢双媛, 羊亚平. 频率变化的光场对双光子过程中量子纠缠的调控. 物理学报, 2008, 57(11): 6968-6975. doi: 10.7498/aps.57.6968
[16]	单传家, 程维文, 刘堂昆, 黄燕霞, 李宏. 具有Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的一维随机量子XY模型中的纠缠特性. 物理学报, 2008, 57(5): 2687-2694. doi: 10.7498/aps.57.2687
[17]	周南润, 曾贵华, 龚黎华, 刘三秋. 基于纠缠的数据链路层量子通信协议. 物理学报, 2007, 56(9): 5066-5070. doi: 10.7498/aps.56.5066
[18]	李照鑫, 邹健, 蔡金芳, 邵彬. 电荷量子比特与量子化光场之间的纠缠. 物理学报, 2006, 55(4): 1580-1584. doi: 10.7498/aps.55.1580
[19]	谭华堂, 甘仲惟, 李高翔. 与压缩真空库耦合的单模腔内三量子点中激子纠缠. 物理学报, 2005, 54(3): 1178-1183. doi: 10.7498/aps.54.1178
[20]	黄永畅, 刘敏. 一般WGHZ态和它的退纠缠与概率隐形传态. 物理学报, 2005, 54(10): 4517-4523. doi: 10.7498/aps.54.4517

计量

文章访问数: 8155
PDF下载量: 745
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板