CN102118226B - 一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法 - Google Patents

一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能变电站内量子通信纠错编解码方法，该方法的步骤是：在量子通信系统的发送端，通过纠错编码量子线路，对量子位进行纠错编码；在量子通信系统的接收端，将经过量子传输信道传输的量子位通过纠错解码量子线路，对量子位在译码部分进行译码；在所述量子通信系统的接收端，译码部分的输出经过纠错部分对所述量子位进行纠错；在所述量子通信系统的接收端，还原为量子位上的态；在智能变电站内构筑甲、乙两处双向全双工的量子通信系统；本发明能解决智能变电站内部的量子通信所传输量子态会与智能变电站复杂的电磁环境耦合产生的量子比特差错问题。

Description

一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法
技术领域
本发明涉及一种智能变电站内部的量子通信方法，具体而言涉及一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法。
背景技术
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种通信方式。量子通信是近二十年发展起来的交叉学科，是量子论和信息论相结合的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。
量子通信是利用了光子等粒子的量子纠缠原理，是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科，与目前传统的通信技术相比，量子通信具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。
建设智能电网是国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择，变电站是智能电网的重要环节。在变电站智能化的过程中，高效安全的信息传输日益受到人们的关注。智能变电站内部，电磁环境复杂，量子态会与外界环境耦合，量子相干性遭到破坏，即易发生量子消相干现象，影响智能变电站控制和监测信号的量子通信，智能变电站内部的量子通信所传输量子态会与外界环境耦合产生量子比特差错问题。
发明内容
本发明的目的是解决智能变电站内部的量子通信所传输量子态会与智能变电站复杂的电磁环境耦合产生的量子比特差错问题，提供一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法。
为实现本发明的目的，本发明采用下述方案予以实现：
一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、在量子通信系统的发送端，通过纠错编码量子线路，对量子位进行纠错编码；
B、在所述量子通信系统的接收端，将经过量子传输信道传输的量子位通过纠错解码量子线路，对所述量子位在译码部分进行译码；
C、在所述量子通信系统的接收端，所述译码部分的输出经过纠错部分对所述量子位进行纠错；
D、在所述量子通信系统的接收端，还原为量子位上的态；
E、在所述智能变电站内构筑甲、乙两处双向全双工的量子通信系统。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述步骤A中，所述纠错编码量子线路是将1个量子位上的态|Q〉编码为9个量子位上的态|ψ1〉至|ψ9〉，并给出了通过量子哈达玛旋转门和量子异或门实现的纠错编码量子线路。
本发明提供的第二种优选的技术方案是：所述步骤B中，所述译码部分将9个量子位上的态|ζ1〉至|ζ9〉译码为9个量子位上的态|P〉及|a〉至|h〉，并给出了通过量子哈达玛旋转门和量子异或门实现的译码部分量子线路。
本发明提供的第三种优选的技术方案是：所述步骤C中，在所述量子通信系统的接收端，依据所述译码部分输出的9个量子位上的态|P〉及|a〉至|h〉，根据4种不同的差错情况对量子位上的态|P〉进行量子X、Z、-Z和ZX操作，所述纠错部分对所述量子位进行纠错。
本发明提供的第四种优选的技术方案是：所述步骤D中，在所述量子通信系统的接收端，还原为量子上的态为还原为1个量子位上的态
Figure GDA0000055292350000021
本发明提供的第五种优选的技术方案是：所述步骤E中，所述构筑甲、乙两处双向全双工的量子通信系统是在甲处配置量子通信系统的发送端和接收端，在乙处配置量子通信系统的接送端和发收端，所述发送端与接收端对应构成双向量子通信系统。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
本发明提供的一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法是将量子通信应用于智能电网的变电站内，解决智能变电站内部的量子通信所传输量子态会与智能变电站复杂的电磁环境耦合产生的量子比特差错问题，量子通信纠错编解码方法具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量的优点。
附图说明
图1是智能变电站内部单向量子通信系统示意图；
图2是纠错编码量子线路的实现方式示意图；
图3是纠错解码量子线路的实现方式示意图；
图4是纠错解码量子线路译码部分的实现方式示意图；
图5是纠错解码量子线路纠错部分的实现方式示意图；
图6是本发明构筑的智能变电站内部甲、乙两处双向全双工的量子通信系统示意图；
图7是本发明提供的哈达玛(Hadamard)旋转门的实现形式；
图8是本发明提供的量子异或门的实现形式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
智能变电站内部，在量子通信系统的发送端，量子位通过本发明的纠错编码量子线路，进行纠错编码。在量子通信系统的接收端，将经过量子传输信道传输的量子位，通过本发明的纠错解码量子线路，先通过译码部分进行译码，再经过纠错部分进行纠错，还原为1个信息量子位上的态
Figure GDA0000055292350000031
量子位也称作量子比特。
图1是智能变电站内部量子通信系统示意图，本发明提供一种智能变电站内量子通信纠错编解码方法，在智能变电站内部量子通信系统中进行；量子通信系统包括位于发送端的纠错编码量子线路和位于接收端的纠错解码量子线路；纠错编码量子线路和纠错解码量子线路通过量子传输信道连接；纠错解码量子线路包括译码部分和纠错部分。
图2是纠错编码量子线路的实现方式示意图，具体实现如下：智能变电站内部，在量子通信系统的发送端，通过纠错编码量子线路，将每1个信息量子位上的态|Q>编码为9个量子位上的态|ψ1〉至|ψ9〉，然后送入量子传输信道，为哈达玛(Hadamard)旋转门，量子异或门的控制端为●，受控端为
Figure GDA0000055292350000033
图3是纠错解码量子线路的实现方式示意图，纠错解码量子线路包括译码部分和纠错部分，具体实现如下：在量子通信系统的接收端，将经过量子传输信道传输的量子位，通过纠错解码量子线路，纠错解码量子线路又包括译码部分和纠错部分，先通过译码部分进行译码，再经过纠错部分进行纠错，最终还原为1个信息量子位上的态
Figure GDA0000055292350000034
图4是纠错解码译码部分的实现方式示意图，具体实现如下：译码部分是将9个信息量子位上的态|ζ1〉至|ζ9〉译码为9个量子位上的态|P〉及|a〉至|h〉，
Figure GDA0000055292350000035
为哈达玛(Hadamard)旋转门，量子异或门的控制端为●，受控端为
图5是纠错解码纠错部分的实现方式示意图，具体实现如下：依据译码部分的输出9个量子位上的态|P〉及|a〉至|h〉，译码部分根据4种不同的差错情况对量子位上的态|P〉进行量子纠错部分逻辑X、Z、-Z和ZX操作，纠错部分对量子位纠错，最终还原为1个信息量子位上的态
Figure GDA0000055292350000037
4种不同的差错情况见表1至表4。
图6是本发明构筑的智能变电站内部甲、乙两处双向全双工的量子通信系统示意图，具体实现如下：在甲处配置量子通信系统的发送端和接收端，在乙处配置量子通信系统的接送端和发收端，甲处发送端与乙处接收端对应，乙处发送端与甲处接收端对应，构成双向量子通信系统。
表1差错情况1
  项目   a   b   c   d   e   f   g   h
  1   0   0   1   0   0   1   0   0
  2   1   0   1   0   0   1   0   0
  3   0   1   1   0   0   1   0   0
表2差错情况2
  项目   a   b   c   d   e   f   g   h
  1   1   1   0   0   0   0   0   0
  2   0   0   0   1   1   0   0   0
  3   0   0   0   0   0   0   1   1
表3差错情况3
  项目   a   b   c   d   e   f   g   h
  1   0   0   1   1   1   0   0   0
  2   0   0   0   0   0   1   1   1
表4差错情况4
  项目   a   b   c   d   e   f   g   h
  1   1   1   1   0   0   1   0   0
纠错部分逻辑如表5所示：
表5纠错量子操作类型
Figure GDA0000055292350000041
哈达玛(Hadamard)旋转门采用如图7所示的实现形式，哈达玛(Hadamard)旋转门的真值表为表6所示：
表6哈达玛(Hadamard)旋转门真值表
哈达玛(Hadamard)旋转门鲍利(Pauli)矩阵表达式如下：
R = 1 2 1 2 1 2 - 1 2
量子异或门采用如图8所示的实现形式。
量子异或门的真值表如表7所示：
表7量子异或门真值表
Figure GDA0000055292350000054
量子异或门鲍利(Pauli)矩阵表达式如下：
U = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
本发明提供的一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法是将量子通信应用于智能电网的变电站内，解决智能变电站内部的量子通信所传输量子态会与智能变电站复杂的电磁环境耦合产生的量子比特差错问题。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (2)

1.一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、在量子通信系统的发送端，通过纠错编码量子线路，对量子位进行纠错编码；
B、在所述量子通信系统的接收端，将经过量子传输信道传输的量子位通过纠错解码量子线路，对所述量子位在译码部分进行译码；
C、在所述量子通信系统的接收端，所述译码部分的输出经过纠错部分对所述量子位进行纠错；
D、在所述量子通信系统的接收端，还原为量子位上的态；
E、在所述智能变电站内构筑甲、乙两处双向全双工的量子通信系统；
所述步骤A中，所述纠错编码量子线路是将1个量子位上的态|Q>编码为9个量子位上的态|ψ1>至|ψ9>，并给出了通过量子哈达玛旋转门和量子异或门实现的纠错编码量子线路；
所述步骤B中，所述译码部分将9个量子位上的态|ζ1>至|ζ9>译码为9个量子位上的态|P>及|a>至|h>，并给出了通过量子哈达玛旋转门和量子异或门实现的译码部分量子线路；
所述步骤C中，在所述量子通信系统的接收端，依据所述译码部分输出的9个量子位上的态|P>及|a>至|h>，根据4种不同的差错情况对量子位上的态|P>进行量子X、Z、-Z和ZX操作，所述纠错部分对所述量子位进行纠错；
所述步骤D中，在所述量子通信系统的接收端，还原为量子上的态为还原为1个量子位上的态
Figure FDA0000476045820000011
2.如权利要求1所述的一种智能变电站内的量子通信纠错编解码方法，其特征在于，所述步骤E中，所述构筑甲、乙两处双向全双工的量子通信系统是在甲处配置量子通信系统的发送端和接收端，在乙处配置量子通信系统的接送端和发收端，所述发送端与接收端对应构成双向量子通信系统。
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