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《多输入多输出量子密钥分发信道容量研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第58卷第10期2009年10月物理学报Vol.58,No.10,October,2009100023290P2009P58(10)P6779207ACTAPHYSICASINICAn2009Chin.Phys.Soc.3多输入多输出量子密钥分发信道容量研究1)•1)2)肖海林欧阳缮聂在平1)(桂林电子科技大学信息与通信学院,桂林541004)2)(电子科技大学电子工程学院,成都610054)(2008年9月17日收到;2008年12月11日收到修改稿)量子安全通信是一个量子密钥分发过程,目前采用的通信技术严重制约了量子密钥分发的比特率.将多输入多
2、输出(MIMO)技术应用于量子密钥分发系统,可提高量子密钥分发的比特率,促进量子安全通信向高速大容量发展.文中首先构造出MIMO量子密钥分发信道中多光子纠缠态Wigner算符矩阵.并在此基础上,推导出多光子双模压缩纠缠态Wigner算符矩阵和MIMO量子密钥分发信道容量.为开发稳健的MIMO量子安全通信空时处理算法和优化设计高性能MIMO量子密钥分发系统提供理论支撑和技术基础.关键词:多输入多输出,双模压缩态,多光子纠缠态,信道容量PACC:0365,4230,4250[12]传输速率.在2000年Nielsen等借助经典香农熵11引言信息理论,提
3、出vonNeumann熵来描述量子状态,以密度算子来代替密度分布得到具有两个光子纠缠态量子安全通信是通信技术的又一次划时代革vonNeumann熵.然而,这种纯态密度算子的von命,与目前采用的通信技术相比,量子安全通信在保Neumann熵对于MIMO量子密钥分发信道中多光子[13]密性、通信容量、通信距离等方面都具有十分明显的纠缠态是不适用的.2001年Andreas在[14]优势,是未来通信发展的方向.虽然量子安全通信有Allahverdvan和Saakian基础上利用块编码通过无着广阔的应用前景,但在单元技术和理论方面还有记忆的离散信道获得离
4、散无记忆信道的信息熵[1]许多需要解决的问题.Holevo界,但此方法要求密度算子必须是固定的.关量子安全通信传送的是密钥而非密文本身,是于量子安全通信的信道容量,近年来开始有学者进[15—17]一个量子密钥分发过程.然而,目前量子密钥分发技行研究,但都普遍假设量子之间是独立和去相[2]术严重制约了通信中传输的比特率,诸如BB84,关的,这种假设与实际量子态并不相符合,研究也仅[3][4][5—7]ERP,B92以及其他协议的量子密钥分发方局限于两光子纠缠态信道,还缺乏理论公式推导.本案,但是这些方案中量子密钥分发效率和粒子的利文首先构造出MIMO
5、量子密钥分发信道中多光子纠[7—9]用率还达不到50%.为了实现很高的量子密钥缠态Wigner算符.并在此基础上,推导出多光子双分发的比特率,可利用多输入多输出(MIMO)系统的模压缩纠缠态Wigner算符矩阵和MIMO量子密钥分[10,11]传输技术,该系统将多径信道、发端通道与收端发信道容量.通道视为一个整体进行优化处理,这是一种近于最优的空域与时域联合的分集和干扰对消处理.借助21MIMO量子密钥分发信道容量研究多径传播建立空间并行传输通道,采用各种空时编码方案实现发射分集与接收分集,获得相对常规无2111量子信息论线通信系统明显的复用增益与
6、分集增益.在通信系统中,通常采用信道容量来衡量信息根据信息论,H(X)代表接收到输出符号以前3国家重点基础研究发展计划(批准号:2008CB317109)、广西自然科学基金(批准号:桂科自0991241)和国家自然科学基金(批准号:60972084)资助的课题.•E2mail:xhl-xiaohailin@1631com6780物理学报58卷关于输入变量X的平均不确定性,H(X
7、Y)代表接1+x=(a-a),收到输出符号后关于输入变量X的平均不确定性.2k通过信道传输消除了一些不确定性,获得了一定的1(+p=a+a),信息.所以定义21I(X;Y)
8、=H(X)-H(X
9、Y),(1)α=(x+kp),(7)2其中I(X;Y)被称为X和Y之间的平均互信息.它代2其中k=-1,将(8)式代入(7)式,得到表接收到输出符号后平均每个符号获得的关于X的信Δ(p,x)→Δ(α)息量.通常定义最大的信息传输率为信道容量C,即1+3C=max{I(X;Y)}.(2)=:exp[-2(a-α)(a-α)]:.(8)π在经典信息论中,香农熵测试信号的不确定性是通过由(8)式能够得到具有相干态Wigner函数信号的概率分布来实现的.量子安全通信也有类似的133[12]〈zΔ(x,p)z〉=exp[-2(z-α)(z
10、-α)].形式,只不过是采用密度算子来代替概率分布.在π[12,14,18]量子信息论中,vonNeumann熵定义为(9
