量子网络编码算法研究

Quantum network coding is a research topic which applies network coding technology to the quantum network communication. Relative to classical network coding, the study on quantum network coding has just begun. Moreover, the current research mainly focuses on the k-pair problem , and the results obtained are very limited. This project attempts to study the theory of quantum network coding from the following three aspects: (1) search for the corresponding quantum simulation of the basic operations in classical network coding, which can lay a solid theoretical foundation for quantum network coding; (2) study on quantum network multicast, and further study on the optimized quantum network coding type; (3) explore for the new applications of network coding in quantum communication fields, and strive for the theory breakthrough in the quantum network coding with maximal robustness in case of link failures, which can broaden the scope of the study of quantum network coding. The related achievements may provide more theory reference and important technical support for the realization of quantum network communication in the future.

量子网络编码是将网络编码技术应用于量子网络通信的一个前沿研究方向。相对经典网络编码的研究，量子网络编码的研究才刚刚起步，研究多集中于k-对问题，取得的成果十分有限。本课题试图从以下三个方面对量子网络编码理论进行研究：一、对经典网络编码的基本操作进行量子模拟，为量子网络编码的研究打下坚实的理论基础；二、研究量子网络多播，在此基础上研究更优化的量子网络编码类型；三、探索网络编码在量子通信领域的新应用，研究在有链路失败的网络环境下，具有鲁棒性的量子网络编码理论，拓宽量子网络编码的研究范围。其相关研究取得的突破，可以为将来实现网络化量子通信提供更多可以借鉴的理论成果和重要的技术支撑。

量子网络编码是将网络编码技术应用于量子网络通信的一个前沿研究方向。本项目研究了新的量子辅助克隆协议以提高量子克隆的成功概率，利用量子无损压缩的量子网络编码技术以提高传输效率，利用各种纠缠资源的量子远程制备协议以减少量子操作和经典通信来实现量子态的高效传输。. 首先，研究了四粒子纠缠簇类态的辅助克隆，提出了两个确定性的方案，能在发送方处产生未知态的完美复制，而不是未知态和它的正交补态。其次，研究了经由量子压缩技术的有效量子信息处理以提高传输效率和降低资源花费。并将量子压缩技术用到了量子隐形传态和量子蝶形网络上量子态的同时传输。新的方案可以大大减少纠缠开销，某种程度上解决了公共信道上的传输瓶颈问题。此外，压缩技术还可应用于利用先前共享的纠缠态制造近似纠缠。最后，基于 Hurwitz 矩阵方程，通过构造合适的测量基研究了四粒子 chi 态、五粒子 Brown 态、六粒子簇类态的高效远程制备，利用 chi 态作量子信道研究了任意两粒子和三粒子态的远程制备；并且研究了经由 EPR 对的有被动接收方的有效联合远程制备，多个发送方和多个接收方的远程制备方案，利用 Brown 态作量子信道的没有限制的受控远程制备。希望相关研究成果，可以为将来实现网络化量子通信提供更多可以借鉴的理论成果和技术支撑。