孤子对量子态的调制研究

论文摘要

量子信息科学是最近几年迅速发展起来的新兴学科，由于它潜在的应用价值和重大的科学意义，正引起越来越多的关注。它是量子力学和信息科学相结合的产物，它的最大特色是以量子态作为信息载体。由于量子力学的规律不同于经典物理学，就导致了量子信息过程带有许多经典信息过程所不具备的特征。比如，量子态的相干叠加性，使得量子信息能够以“并行”的方式进行演化。又如，由于有量子不可克隆性定律的限制，量子信息不能像经典信息那样，可以被无限制的复制，这就导致了量子密码学。当前的人类社会正处于信息爆炸的时代，而量子信息科学的诞生，无疑为未来的信息科学技术勾绘出一幅迷人的蓝图。 量子通信是量子信息论中的重要基础性课题。目前应用的光通信技术都是基于光的波动性的应用。 本文主要是从光的波粒二象性出发，对孤子调制量子态进行了理论上的论证研究，从而突破了光纤通信系统仅对光的波动性的应用。 通过大量的分析研究，发现以孤子形式存在的光脉冲和量子态遵循共同的方程——Schrodinger方程，这一突破成为论文研究的核心。量子光通信作为近几年发展起来的新兴学科，许多内容还需要理论支撑和完善，就现状而言，量子态在光纤中传送还是一个大问题，需要考虑到光纤固有特性对它产生的影响，还需要考虑它本身在传输中遇到的问题，最重要的是，量子态是不同于光波的一种新的信息形式，所以量子光通信的应用目前还主要局限在保密通信方面。通过本论文的研究，寻求到一种新的量子态在光纤中传送的方案——通过孤子调制承载量子态。 现有的理论证明，孤子是一种理想的信息载体，可降低光纤特性引起的不良影响，本论文又在理论上证明了量子态可以在孤子的传输演变中产生，所以用孤子调制量子态不失为有一种实现量子光通信的方案。 另外，论文还对现有常用的量子纠错码进行了分析，发现这些算法不仅复杂而且难以实现，而孤子调制量子态，由于孤子的特性，只需对孤子进行简单易实现的RZ编码。 通过对孤子调制量子态的可行性论证研究，本论文主要在以下几方面取得了一些成果：

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 光纤通信发展简史
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 论文取得的成果
• 第2章 光纤通信技术
• 2.1 光的波粒二象性
• 2.2 光纤通信系统的对比分析
• 2.2.1 第一代光纤通信系统
• 2.2.2 第二、三代光纤通信系统
• 2.3.3 第四代光纤通信系统
• 2.3 光纤通信系统的线路编码
• 2.4 光波在介质中的传输
• 2.5 小结
• 第3章 光孤子通信系统
• 3.1 孤子的性质
• 3.2 孤子比特流
• 3.3 光孤子通信系统
• 3.4 小结
• 第4章 量子通信的基本原理
• 4.1 量子力学假设
• 4.2 量子理论的基本概念
• 4.2.1 量子态和态叠加原理
• 4.2.2 量子态的演化
• 4.2.3 相干、消相干以及测量原理
• 4.2.4 纠缠态及量子关联现象
• 4.2.5 量子隐形传态
• 4.3 量子计算机
• 4.3.1 量子计算机模型
• 4.3.2 量子计算机的物理实现
• 4.4 量子算法的分析与对比
• 4.4.1 Deusch算法
• 4.4.2 Simon算法
• 4.4.3 Shor算法
• 4.4.3 Grover算法
• 4.5 小结
• 第5章 量子光通信系统
• 5.1 量子位（QUBIT）
• 5.2 量子门
• 5.3 量子信道和信道编码理论
• 5.4 量子光通信系统
• 5.5 量子通信分析
• 5.6 量子光通信与光波通信信息效率的比较
• 5.7 小结
• 第6章 孤子调制量子态
• 6.1 孤子调制量子态系统设计
• 6.1.1 SIT和 NLSE中孤子的量子特性
• 6.1.2 孤子的演变
• 6.2 小结
• 第7章 量子光通信系统的纠错编码
• 7.1 量子纠错和经典纠错比较
• 7.2 量子纠错及防错
• 7.3 量子纠错编码分析
• 7.3.1 常见量子编码
• 7.3.2 CSS量子纠错码
• 7.3.3 量子字节被控编码
• 7.3.4 用量子异或操作防止量子位的错误
• 7.4 孤子调制量子态编码分析
• 7.5 小结
• 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文情况