量子多址信道下信道容量和多用户检测方法研究

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以量子力学为基础的量子信息学为信息科学和技术的变革提供了新的物理基础,为信息科学的发展提供了新的原理和方法。量子多址信道容量为多用户量子信息传输奠定了基础,量子多用户检测技术为量子多用户通信的实现提供保障。本文研究量子多址信道下的信道容量和多用户检测问题。 量子信息论的一个最基本问题是在限定的可利用资源条件下的信息传输效率问题。与经典情况不同,量子信息论中存在着两种效率,分别取决于所要传输的信息性质。一种是用量子态传送常规数字序列,即用量子手段传输经典信息;另一种是直接传送量子态,这时量子态对发送者而言是未知的,即用量子手段传输量子信息。信息传输的效率归结为信道中传输的比特率,即信道容量。根据量子信道上传输的量子态,对应于所传输的是经典信息和量子信息,其容量定义为经典容量和量子容量。本文在比特翻转和退极化量子多用户通信系统模型基础上,从理论上推导出比特翻转信道和退极化信道的经典容量和量子容量,并对这两种容量进行对比分析。 量子多用户检测是量子多用户通信中一个至关重要的环节,其中量子检测算法是其核心。量子平方根检测(SRM)算法是量子通信中常用的一种检测算法,它属于量子POVM检测。在检测量子态具有对称性的情况下,SRM算法能以较低的计算复杂度接近量子最佳贝叶斯检测算法的性能,且适用于混合量子态的检测。本文首先在无噪量子多用户通信模型基础上,分析了基于最佳贝叶斯检测和量子平方根检测的多用检测方案。然后在含退极化噪声模型的量子多址信道下,分别依据量子平方根检测算法和最小平方检测,对退极化量子多址信道下信号进行多用户检测,以两用户为例,得到了检测混合态的合适POVM算子,分析了在这些检测算法下系统的误差性能,并对这两种方法下的结果进行了对比。
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