基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法转让专利
申请号 : CN202110724158.3
文献号 : CN113472453B
文献日 : 2022-04-08
发明人 : 郭凯 , 许波 , 侯文佐
申请人 : 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,布设多个量子传感器的传感端作为点位,将相关物理量转换为量子态,将所述量子态保真无损地回传汇集到量子数据中心;通过时分复用系统对不同传感器上传的量子态进行时分复用,需要确保量子数据中心和各量子传感器传感端之间高精度时间同步,根据各量子信道的光学延迟确定各路量子态信号的到达时间,通过时间透镜或可调谐光学延迟线阵列将各路量子态信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时分复用;通过量子传感器传感端量子态编译系统相共轭地解码系统对时分复用量子态信号进行初步处理,通过大规模单光子探测器阵列探测时分复用量子态信号,最终利用时间分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的实时分布情况,形成分布式量子传感网络功能闭环。
2.根据权利要求1所述的基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,其特征在于,所述物理量包括但不限于磁场、电场、温度。
3.根据权利要求1或2所述的基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,其特征在于,所述方法具体包括:
S101、将量子传感器的传感端布设于多个点位,将磁场、电场、温度或其他物理量转换为量子态,通过量子通信系统将此量子态保真无损地回传汇集到量子数据中心;
S102、通过时分复用系统对不同传感器上传的量子态进行时分复用,为每个量子传感器对应的量子态确定一个时间窗口;
S103、通过大规模单光子探测器阵列探测所有量子传感器回传的量子态信息,将其解析为物理量状态并与布设点位进行对应,形成分布式量子传感网络功能闭环。
4.根据权利要求2所述的基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,其特征在于,所述量子传感器传感端包括单光子光源、量子态编译系统和光学信道。
5.根据权利要求2所述的基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,其特征在于,所述方法确保量子数据中心和各量子传感器传感端之间高精度时间同步。
6.根据权利要求1所述的基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法,其特征在于,量子传感信息的量子态通过量子通信系统保真无损地回传汇集到量子数据中心,量子传感器的传感端和量子数据中心之间共享可靠稳定的量子信道。
7.一种实现如权利要求1‑6任一项所述基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法的系统,包括量子传感器、量子干涉仪、量子通信系统、时分复用系统、大规模单光子探测器阵列、时间透镜或可调谐光学延迟线阵列、时间分析仪以及量子数据中心,将量子传感器的传感端布设于多个点位,将磁场、电场、温度以及其他物理量通过量子干涉仪转换为单光子等量子携带的量子态;包含量子传感信息的量子态通过量子通信系统保真无损地回传汇集到量子数据中心,量子传感器的传感端和量子数据中心之间共享可靠稳定的量子信道;
通过所述时分复用系统对不同传感器上传的量子态进行时分复用,根据各量子信道的光学延迟确定各路量子态信号的到达时间,通过时间透镜或可调谐光学延迟线阵列将各路量子态信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时分复用;
通过量子传感器传感端量子态编译系统相共轭地解码系统对时分复用量子态信号进行初步处理,通过大规模单光子探测器阵列探测时分复用量子态信号,最终利用时间分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的实时分布情况。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现权利要求1‑6任一项所述方法。
说明书 :
基于时分复用集中探测的分布式量子传感组网方法
技术领域
号集中到量子数据中心进行探测的分布式量子传感网络的组建方法,尤其涉及一种基于时
分复用集中探测的分布式量子传感组网方法、系统及存储介质。
背景技术
经被测量的量子的全部状态信息。以量子作为信息传输载体的量子通信技术能够对抗分离
窃听、预测伪造等信道攻击手段,是一种具有数学可证明安全性的新型通信手段。此外,量
子通信还是一种可将量子态长距离传输的通信手段,在量子时间同步网络、分布式量子精
密测量系统和分布式量子计算系统等新型应用中具有重要的支撑作用。
子传感只能支持单一点位、单一物理量的测量,如果能有网络化量子态传输手段并构建量
子传感网络,将会实现感知范围和协同能力的指数级提升。需要注意的是,当前量子传感系
统往往采用的是“收探一体”的策略,鉴于量子态探测器如单光子探测器面临体积大功耗高
等问题,上述策略严重限制了量子传感网络的端设备体积、组网规模和运行效率。
发明内容
能够被编译为量子态,将此量子态保真无损地回传汇集到量子数据中心,通过时分复用系
统对不同传感器上传的量子态进行时分复用使得大规模单光子探测器阵列能够无串扰地
探测所有量子态并将其解析为具体点位的量子传感信息,构建端设备小型化、探测云处理
化的分布式量子传感网络。
保真无损地回传汇集到量子数据中心;对不同传感器上传的量子态进行时分复用,为每个
量子传感器对应的量子态确定一个时间窗口;探测所有量子传感器回传的量子态信息,将
其解析为物理量状态并与布设点位进行对应,形成分布式量子传感网络功能闭环。
定各路量子态信号的到达时间,通过时间透镜或可调谐光学延迟线阵列将各路量子态信号
分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时分复用。
终利用时间分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的
实时分布情况。
或可调谐光学延迟线阵列、时间分析仪以及量子数据中心,将量子传感器的传感端布设于
多个点位,将磁场、电场、温度以及其他物理量通过量子干涉仪转换为单光子等量子携带的
量子态;包含量子传感信息的量子态通过量子通信系统保真无损地回传汇集到量子数据中
心,量子传感器的传感端和量子数据中心之间共享可靠稳定的量子信道;
各路量子态信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时
分复用;
分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的实时分布情
况。
附图说明
可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
述。应理解,此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明,并不被配置为限定本发明。
对于本领域技术人员来说,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实
施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括
所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
无损地回传汇集到量子数据中心;对不同传感器上传的量子态进行时分复用,为每个量子
传感器对应的量子态确定一个时间窗口;探测所有量子传感器回传的量子态信息,将其解
析为物理量状态并与布设点位进行对应,形成分布式量子传感网络功能闭环。
迟确定各路量子态信号的到达时间,通过时间透镜或可调谐光学延迟线阵列将各路量子态
信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时分复用。
号,最终利用时间分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物
理量的实时分布情况。
阵列、时间透镜或可调谐光学延迟线阵列、时间分析仪以及量子数据中心,将量子传感器的
传感端布设于多个点位,将磁场、电场、温度以及其他物理量通过量子干涉仪转换为单光子
等量子携带的量子态;包含量子传感信息的量子态通过量子通信系统保真无损地回传汇集
到量子数据中心,量子传感器的传感端和量子数据中心之间共享可靠稳定的量子信道;
各路量子态信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时
分复用;
分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的实时分布情
况。
的光程差随温度、压力、电磁场等环境因素变化,此时传输汇集到量子数据中心的量子态携
带了量子传感器感受到的环境信息。
阵列,单光子探测器前端布设有编解码系统,即能将编译在不同光学自由度上的量子态信
息转换为单光子探测器阵列的响应信息。
构即可获得分布式量子传感网络的实时态势图。
源、量子态编译系统和光学信道;包含量子传感信息的量子态通过量子通信系统保真无损
地回传汇集到量子数据中心,量子传感器的传感端和量子数据中心之间共享可靠稳定的量
子信道;
迟确定各路量子态信号的到达时间,通过时间透镜或可调谐光学延迟线阵列将各路量子态
信号分发到互不串扰、按序排列的一系列时间窗内,实现多路量子态信号的时分复用;
时间分析仪解析出各时间窗内对应的物理量信息,还原出各点位量子传感物理量的实时分
布情况。
子态保真无损地回传汇集到量子数据中心,通过时分复用系统对不同传感器上传的量子态
进行时分复用使得大规模单光子探测器阵列能够无串扰地探测所有量子态并将其解析为
具体点位的量子传感信息,构建端设备小型化、探测云处理化的分布式量子传感网络。
联,即量子传感器中的量子态信息能够通过量子通信系统传递到另一侧,且具有比经典传
感器更高的精度和灵敏度;量子传感器的待检测物理量包括但不限于电场强度、磁场强度、
重力场强度、角加速度,量子载体包括但不限于光子、冷原子、离子和里德堡原子等,不限制
量子传感器具体功能。
处于互相独立、按序排列的时间窗内。不限定时分复用系统的具体实现方式和性能参数,不
限定重复频率、时间窗宽度等具体指标。
同步系统和时间分析仪等基本硬件条件,能够将时分复用量子态信号解译还原为量子传感
器对应的原始物理量,并通过时序位置还原为空间分布情况。
传感器的数据信息,量子传感信息传递过程兼容于所有量子通信系统具备的安全属性。不
限定量子传感网络具体用途、点位布设和网络拓扑。
量子传感系统从单一点位到全网协同的升级。
为分布式量子传感网络组网规模和运行效率同步提升提供了强有力的手段。
施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请,在这些分布式计算环境中,由
通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以
位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
示例。
计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动
态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除
可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD‑ROM)、
数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备
或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定,计算
机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media),如调制的数据信号和载波。
括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要
素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要
素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例
的部分说明即可。
替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。