专利名称：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—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I Ψι〉至I 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I q〉至I ζ 9〉译码为9个量子位上的态I P〉及|a〉至I 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I 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P〉。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。
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。
具体实施例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P〉，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I ^〉至I 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眷，受控端为Θ。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P〉。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I q〉至I ζ 9〉译码为9个量子位上的态I P〉及|a〉至|h〉，@为哈达玛 (Hadamard)旋转门，量子异或门的控制端为 ，受控端为Φ。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 I 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I ^〉。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差错情况权利要求
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。
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A中，所述纠错编码量子线路是将1个量子位上的态I Q>编码为9个量子位上的态ΨΑ至I 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。
3.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B中，所述译码部分将9个量子位上的态I ζ,至I ζ 9>译码为9个量子位上的 态|Ρ>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。
4.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| >进行量子乂、2、-2和2父操 作，所述纠错部分对所述量子位进行纠错。
5.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 I ~ 。
6.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。
全文摘要
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。
文档编号H04L1/00GK102118226SQ20111000677
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者苗新, 陈希 申请人:中国电力科学研究院