[发明专利]一种基于量子纠缠交换的多点协同传输方法

摘要

本发明一种基于量子纠缠交换的多点协同传输方案，步骤1.有通信需求的多个节点N₁，N₂，…，N_k组建起网络。步骤2.根据所有节点N_i(1≤i≤k)的通信需求，协商出通信模式，即确定一对多模式或者多对一模式。如果进行一对多模式，则进入步骤3；否则进入步骤4。步骤3.网络执行一对多模式，此模式适用于网络中某个节点N_s(1≤s≤k)需要向其他节点发送消息的场景。步骤4.网络执行多对一模式，该模式适用于只有一个接收节点N_r(1≤r≤k)，其余节点N_i(1≤i≤k,i≠r)为发送节点的场景。本发明充分利用相邻节点间的EPR资源，动态组建量子网络，利用量子纠缠交换技术实现多点协同传输。网络结构灵活可变，具体参与节点数目没有限制，可根据节点意愿自发组成网络。在节点协作前提下，方案满足协同通信基本安全需求。

主权项

1.一种量子纠缠交换的多点协同传输方法，它包含以下步骤：步骤1.有通信需求的多个节点N₁，N₂，…，N_k组建起网络，网络结构如下：相邻节点之间具有EPR纠缠信道，即N_i分别与N_i‑1和N_i+1具有EPR纠缠信道，N₁分别与N₂和N_k具有EPR纠缠信道，N_k分别与N₁和N_k‑1具有EPR纠缠信道；网络节点通过EPR信道首尾相连，形成封闭环状；其中，2≤i≤k‑1；步骤2.根据所有节点N_i的通信需求，协商出通信模式，即确定一对多模式或者多对一模式；如果进行一对多模式，则进入步骤3；否则，如果进行多对一模式，进入步骤4；其中，1≤i≤k；步骤3.网络执行一对多模式，此模式适用于网络中某个节点N_s需要向其他节点发送消息的场景，其中1≤s≤k；将发送消息的节点N_s重新命名为S，其中，1≤s≤k，剩余节点N_i为接收节点，其中，1≤i≤k,i≠s，令m＝k‑1，并将剩余节点N_i重新命名为R₁，R₂，…，R_m，其中，1≤i≤k,i≠s；发送者S向接收节点R_i发送的消息长度为2l位，其中，1≤i≤m，l＞0；步骤4.网络执行多对一模式，该模式适用于只有一个接收节点N_r，其中，1≤r≤k；其余节点N_i为发送节点的场景，其中，1≤i≤k,i≠r；将该接收节点N_r重新命名为节点R，其中，1≤r≤k，令m＝k‑1，将发送节点N_i重新命名为S₁，S₂，…，S_m，其中，1≤i≤k,i≠r；每个发送节点S_i发送的消息长度为2l位，其中，1≤i≤m；其中，步骤3所述的一对多模式的具体执行步骤如下：步骤3.1.发送节点S准备好和左右相邻节点的各l个EPR纠缠粒子和j为粒子编号，其中1≤j≤l；全部接收节点R_i分别准备好和左右相邻节点的各l个EPR纠缠粒子和其中，1≤i≤m；步骤3.2.发送节点S将2l位消息分成l份，每份2位，然后S将每份2位消息按顺序执行编码操作U_X至粒子上，其中，1≤j≤l，每个编码操作代表2位消息；具体的编码操作如下：步骤3.3.所有接收节点R_i分别对自己的粒子进行Bell测量，其中，1≤j≤l，1≤i≤m，得到l份测量结果其中1≤j≤l，每个接收节点R_i将自己的全部测量结果按顺序组合成其长度为2l；然后，每个接收节点R_i将各自的进行广播；步骤3.4.发送节点S对自己的粒子进行Bell测量，其中，1≤j≤l，得到l份测量结果其中，1≤j≤l，拼接后得到M_S；根据编码操作U_X，S将恢复至编码前的状态其中，1≤j≤l；然后，S对等式进行检验，其中O_2l是全为0组成的长度为2l的序列；如果等式不成立，S终止通信，反之，S广播测量结果M_S；步骤3.5.每个接收节点R_i根据全部接收节点广播的测量结果和S的测量结果M_S，其中，1≤i≤m，得到再通过对比M_S和M′_S，由得到l个编码操作U_X，从而得到S编码的2l位消息；则全部接收节点R_i都获得发送节点S的2l位消息；其中，1≤i≤m；其中，步骤4所述的多对一模式的具体实施步骤如下：步骤4.1.接收节点R准备好和左右相邻节点的各l个EPR纠缠粒子和j为粒子编号；其中，1≤j≤ml；全部发送节点S_i分别准备好和左右相邻节点共享的各ml个粒子和其中，1≤i≤m；步骤4.2.每个发送节点S_i分别将自己的2l消息编码至粒子，其中，1≤i≤m；编码操作为U_X，其中，(i‑1)l≤j≤il；每个编码操作编码2位消息；步骤4.3.每个发送节点S_i对自己的粒子进行Bell测量，得到ml个测量结果组合得到成并将其广播；其中，1≤j≤ml,1≤i≤m；步骤4.4.接收节点R接收到所有的后，对自己的粒子进行Bell测量，得到并组合成M_R；其中，1≤j≤ml,1≤i≤m；步骤4.5.接收节点R通过获得编码前的状态通过在第2(i‑1)l+1至2il位上的对比有得到l个编码操作U_X，每个U_X对应2位消息，则R得到每个S_i的各2l位消息，其中，1≤i≤m。