基于测量的量子网络编码关键理论研究

Quantum Network Coding (QNC) is a new scientific frontier in the quantum network communication. It is significant both in theoretical value and application prospect. This project aims to take the advantages of Measurement-based Quantum Information Processing to study the validity, reliability, and security of QNC systematically. First, we study the basic theory about remote preparation of graph state and quantum coding, which laid the foundation for the study about the three key problems listed above. Second, by studying quantum network solvability and minimum cost network coding, we can make sure that quantum information is efficiently transported in the network with minimum resource cost. Third, we study QNC performances and quantum coding network scheme in noisy channels, ensuring accurate and reliable transportation across the network. Finally, we study the security, detection strategies and resistance mechanisms of QNC in order to guarantee the information security in quantum network. This project is expected to break through the key problems in QNC, enriching and improving the theoretical framework of QNC, and then contributing to the vast development of quantum network communication.

量子网络编码是量子网络通信中一个崭新的研究方向，具有很高的理论价值与应用前景。本项目主要利用基于测量模式的优势，结合量子网络编码的基础理论，系统地对量子网络编码的三个关键问题——有效性、可靠性和安全性进行深入研究。首先，研究图态的远程制备理论和量子编码理论等内容，为研究上述三个关键问题奠定理论基础。其次，研究量子网络可解性和最小代价网络编码问题，保证量子信息在网络中以最小资源代价有效的传输。再次，研究有噪信道下量子网络编码的性能和抗噪声的量子网络编码方案，保证量子信息在网络中准确可靠的传输。最后，研究量子网络编码的安全性、检测机制和抵抗策略，保证量子信息在网络中安全的传输。本项目将有望突破量子网络编码研究中的关键问题，丰富和完善量子网络编码理论体系，能为量子网络通信的蓬勃发展提供全新思路与可借鉴的研究成果。

量子网络编码是当前量子通信热门课题。本项目针对量子网络编码理论及其应用展开研究。主要包括：量子网络编码基础理论研究、量子网络编码的有效性研究、量子网络编码的可靠性研究和量子网络编码的安全性研究。.1）量子网络编码基础理论。为了深入量子网络编码理论，本项目结合量子安全通信，量子多方计算以及量子密码进行了研究。首先，研究了量子秘密共享、量子对话以及量子协商协议。其次，设计了理性量子多方计算协议。最后，提出抗冲突性的量子哈希函数，并结合密集编码再次降低复杂度。.2）量子网络编码的有效性研究。一方面，本项目基于图态研究了k-对量子网络编码，实现了基于测量模式下的量子k-对网络编码的可解性。另一方面，针对网络瓶颈问题，在弱交叉克尔非线性的辅助下，设计了光量子在多源网络上的最佳网络编码协议。此外，为了提高量子网络编码在通信过程中有效性，本项目设计了对称、非对称和普适的量子态双向保密传输协议。.3）量子网络编码的可靠性研究。在理想环境下，本项目研究了基于EPR对的量子k对网络编码问题，提出了新型的完美量子多单播网络编码方案，设计了基于量子漫步的完美量子网络通信协议。在噪声环境下，本项目设计了抗噪的高鲁棒性、高维量子私密查询协议，为量子网络编码无损通信提供可靠保障。.4）量子网络编码的安全性研究。考虑污染攻击影响，本项目首先构造了一种基于量子同态消息认证的安全量子多单播网络编码协议。其次，在非最大纠缠资源情况下，提出了量子态不丢失的确定性量子网络编码协议。另外，为进一步保证量子网络编码安全性，本项目结合量子同态加密和图像加密技术，设计了基于(k，n)-门限的灵活量子同态加密协议，提出了低复杂度的、双置乱的量子图像加密方案。.总之，本项目主要针对量子网络编码理论及其有效性、可靠性、安全性展开研究，解决了一些重要的关键理论问题，给出了一些有效的解决方案，为量子网络通信的发展提供了可借鉴的理论研究思路。