量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法技术

本发明专利技术涉及一种量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，为了在量子通信过程中建立良好的安全保护机制而设计。本发明专利技术发送者在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号。在工作路径正常的情况下，发送者通过主要信号在工作路径中的一级一级的转发，从而实现量子信号的远距离传输。在工作路径故障的情况下，代理工作路径将从剩余最高优先级的保护路径中选取，最终通过代理工作路径完成信息的传送。本发明专利技术可以防止未知量子信息在传输过程中受到破坏而不能恢复，极大地提高了量子通信过程中的信息传输的安全性、稳定性和可靠性。

Setup and operation of redundant paths in quantum communication networks

The invention relates to a redundant path setting and working method in a quantum communication network, which is designed to establish a good security protection mechanism in the process of quantum communication. The transmitter of the invention realizes the simultaneous transmission of the signal in the working path and the protection path, takes the signal transmitted on the working path as the main signal and the signal transmitted on the protection path as the following signal. In the case of normal working path, the sender transmits the quantum signal through the primary signal at the first level of the working path, thus realizing the long-distance transmission of the quantum signal. In the case of workpath failure, the proxy workpath will be selected from the remaining highest priority protection path, and eventually the information will be transmitted through the proxy workpath. The invention can prevent the unknown quantum information from being destroyed and unable to recover in the transmission process, and greatly improves the security, stability and reliability of the information transmission in the quantum communication process.

【技术实现步骤摘要】
量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法
本专利技术属于通信网络
，具体涉及一种量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法。
技术介绍
量子通信是基于量子力学基本原理，并利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。由于其具有传统通讯方式所不具备的绝对安全性，传输的高效性等特点，因此成为国际上的研究热点，同时也引起了社会的广泛关注。它主要包括了量子隐形传态，量子密码通信，量子密集编码等。近年来，随着量子通信技术的发展，量子通信也逐渐走向网络化的发展方向。量子通信网络是一种采用量子通信系统的网络，由众多分离的节点组成，在每个节点处存储着相应的量子信息。而在实际的远距离传输应用中，由于信号在传输的过程中将不可避免的产生衰减和损耗，故需要在传输途中运用信号中继。它主要是在发送者和接收者的信道间建立了一定数量的量子中继器，通过信号的一级一级转发，从而实现远距离的量子信号的传输。但是，由这样构成的量子通信系统也会由于许多因素而导致路径的某条链路出现故障，使得被传送的未知量子信息丢失而得不到回复，网络运行的可靠性是决定网络生存性能的关键，所以在量子通信过程中建立良好的安全保护机制，有效的保护传送过程中的未知量子信息，对提高量子通信网络的稳定性和可靠性就显得尤为重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种提高量子通信网络的稳定性和可靠性的量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法。本专利技术量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，包括：路径选取：网络中一方节点向另外一方节点需要传送未知量子态信息时，建立n条可能路径，以其中一条为工作路径，其余(n-1)条为保护路径，且各路径之间互不相交；信号传输：在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号；在工作路径正常的情况下，通过主要信号在工作路径上的一级一级转发，最终实现信号的远距离传输；在工作路径故障的情况下，代理工作路径从剩余最高优先级保护路径中选取，原工作路径舍弃，代理工作路径维护主要信号的传送，其他剩余保护路径作为代理工作路径的保护路径，维护跟随信号的传送；若代理工作路径也出现了故障，则在剩余保护路径中再次根据优先级进行工作路径的重新选取，原代理工作路径舍弃，依此类推，直至成功完成传输任务。进一步地，信号传输包括：根据选取的工作路径、保护路径以及各个路径优先级顺序，制备相应数量的辅助粒子，并将待传送粒子作为控制粒子，其他辅助粒子作为目标粒子，依次执行CNOT操作；发送者对与自己相邻的节点形成的Bell信道中的粒子与自己手中所持有的粒子执行相应的Bell测量，实现主要信号和跟随信号的同时传送，在工作路径无故障的情况下，若待传送态成功传送到最后一个节点，则当前节点执行Bell测量，并通知其他节点先执行H变换，再通过|0>,|1>基底测量，最后将测量结果传送给接收者；若某条路径上出现故障，信息传送到的故障节点处需要先执行H变换，再通过|0>,|1>基底测量，此时工作路径作废，切换至代理工作路径；代理工作路径是由剩余具有最高优先级的保护路径担任，它维护着主要信号的传送。并保持其他保护路径跟随信号的正常传输；等到主要信号传送到代理路径的最后一个节点时，在确保路径正常的情况下，通知其他节点先执行H变换，再通过|0>,|1>基底测量，自己则做Bell测量，并将最后的测量情况告知接收者。接收者根据他们的测量结果选用相应的幺正操作即可确定到Alice所传送的未知量子态信息。进一步地，选取最短路径作为工作路径，最短路径默认选择节点最少的路径。当节点数相同的几条路径，优先选择高优先级的路径；利用CNOT操作设置保护路径，并区分优先级。借由上述方案，本专利技术量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法至少具有以下优点：本专利技术在未知量子态信息传输之前事先建立几条量子信道，以其中一条作为工作信道，其余的作为保护信道，各路径之间互不相交。发送者通过在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，并以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号。在工作路径正常的情况下，发送者通过主要信号在工作路径上的一级一级转发，最终实现信号的远距离传输；在工作路径故障的情况下，代理工作路径从剩余最高优先级保护路径中选取，发送者通过代理工作路径完成信息的传送。通过在量子通信过程中建立工作保护路径，这样也就极大地提高了量子通信过程中的稳定性和可靠性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术在1：2工作路径和保护路径下的方案模拟图；图2为本专利技术在1：n工作路径和保护路径下的总体方案模拟图；图3为本专利技术在1：n工作路径和保护路径下的支路方案模拟图；图4为本专利技术在1：n工作路径和保护路径下冗余路径设计方案的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术技术名词说明：1、路径选择设相邻的两个链路之间都采用Bell态的形式2、Hadamard门Hadamard门又叫H变换，它的作用可表示为其对单比特的操作表述如下，3、量子受控非门量子受控非门(controlled-NOT门或CNOT门)，它拥有两个输入量子比特，分别是控制量子比特和目标量子比特。其作用是：当控制量子比特为|0〉时，目标量子比特状态不变；当控制量子比特为|1〉时，则目标比特状态翻转。其对应的矩阵形式为：4、Bell基Bell基是由两粒子构成的最大纠缠态，它构成了四维Hilbert空间的一组完备正交基，具体形式如下：5、H测量H测量是先让待测粒子通过一个Hadamard门，再对待测粒子在|0〉,|1〉基底上作测量。6、Pauli阵本专利技术中还会用到一些幺正矩阵，也即Pauli阵。具体形式如下：本专利技术量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，包括：路径选取：网络中一方节点向另外一方节点需要传送未知量子态信息时，建立n条可能路径，以其中一条为工作路径，其余(n-1)条为保护路径，且各路径之间互不相交；信号传输：在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号；在工作路径正常的情况下，通过主要信号在工作路径上的一级一级转发，最终实现信号的远距离传输；在工作路径故障的情况下，代理工作路径从剩余最高优先级保护路径中选取，原工作路径舍弃，代理工作路径维护主要信号的传送，其他剩余保护路径作为代理工作路径的保护路径，维护跟随信号的传送；若代理工作路径也出现了故障，则在剩余保护路径中再次根据优先级进行工作路径的重新选取，原代理工作路径舍弃，依此类推，直至成功完成传输任务。以下分别以1：2工作路径与保护路径的建立方法和1：N工作路径与保护路径的建立方法的实施过程，对本专利技术量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法进行具体地说明。一、1：2工作路径与保护路径的建立方法1、如图1所示。Alice作为发送方，Bob作为接收方。Alice想本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，其特征在于，包括：路径选取：网络中一方节点向另外一方节点需要传送未知量子态信息时，建立n条可能路径，以其中一条为工作路径，其余(n‑1)条为保护路径，且各路径之间互不相交；信号传输：在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号；在工作路径正常的情况下，通过主要信号在工作路径上的一级一级转发，最终实现信号的远距离传输；在工作路径故障的情况下，代理工作路径从剩余最高优先级保护路径中选取，原工作路径舍弃，代理工作路径维护主要信号的传送，其他剩余保护路径作为代理工作路径的保护路径，维护跟随信号的传送；若代理工作路径也出现了故障，则在剩余保护路径中再次根据优先级进行工作路径的重新选取，原代理工作路径舍弃，依此类推，直至成功完成传输任务。

【技术特征摘要】
1.一种量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，其特征在于，包括：路径选取：网络中一方节点向另外一方节点需要传送未知量子态信息时，建立n条可能路径，以其中一条为工作路径，其余(n-1)条为保护路径，且各路径之间互不相交；信号传输：在工作路径和保护路径中实现信号的同时传送，以工作路径上传输的信号为主要信号，保护路径上传输的信号为跟随信号；在工作路径正常的情况下，通过主要信号在工作路径上的一级一级转发，最终实现信号的远距离传输；在工作路径故障的情况下，代理工作路径从剩余最高优先级保护路径中选取，原工作路径舍弃，代理工作路径维护主要信号的传送，其他剩余保护路径作为代理工作路径的保护路径，维护跟随信号的传送；若代理工作路径也出现了故障，则在剩余保护路径中再次根据优先级进行工作路径的重新选取，原代理工作路径舍弃，依此类推，直至成功完成传输任务。2.根据权利要求1所述的量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法，其特征在于，信号传输包括：根据选取的工作路径、保护路径以及各个路径优先级顺序，制备相应数量的辅助粒子，并将待传送粒子作为控制粒子，其他辅助粒子作为目标粒子，依次执行CNOT操作；发送者对与自己相邻的节点形成的Bell信道中的粒子与自己手中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜敏，蔡涛，夏志新，李青，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32