[發(fā)明專利]一種基于部分糾纏GHZ信道的聯(lián)合監(jiān)控量子廣播通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410008063.1
• 申請(qǐng)日: 2014-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN103763114B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜敏;鄧晶;黃旭;魏玉震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/18
• 分類號(hào): H04L12/18;H04B10/70
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種量子網(wǎng)絡(luò)的廣播通信方法，具體涉及一種基于部分糾纏GHZ信道的聯(lián)合監(jiān)控量子網(wǎng)絡(luò)通信方法。

背景技術(shù)

量子信息學(xué)主要包括量子通信和量子計(jì)算。量子通信是以量子態(tài)作為信息單元來實(shí)現(xiàn)信息的有效傳送，除了需要傳統(tǒng)的經(jīng)典信道外，更為主要的還需建立通信各方之間的量子糾纏信道。自從1993年基于量子糾纏提出了第一個(gè)量子遠(yuǎn)程傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)方案以來，1997年國際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于Bell糾纏信道的量子遠(yuǎn)程傳態(tài)，進(jìn)而為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信，在收發(fā)點(diǎn)之間設(shè)計(jì)了基于糾纏交換的量子中繼器。這些點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信行為，充分驗(yàn)證了構(gòu)建可擴(kuò)展量子通信網(wǎng)絡(luò)的可行性。量子通信業(yè)已成為前沿信息技術(shù)發(fā)展最迅速的研究領(lǐng)域，但是目前的進(jìn)展主要集中基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信行為。2007年Wang等提出了第一個(gè)量子廣播通信協(xié)議，利用最大糾纏GHZ態(tài)實(shí)現(xiàn)了一對(duì)多的信息傳送。近年來，Man和Yang等相繼提出了更高效的基于身份認(rèn)證的量子廣播通信協(xié)議。然而，我們注意到上述廣播通信協(xié)議中缺少對(duì)廣播數(shù)據(jù)接收用戶權(quán)限的設(shè)置，部分用戶應(yīng)可以無限制接收到廣播數(shù)據(jù)，其他用戶則需要在得到監(jiān)控授權(quán)信息下才能獲取真實(shí)的廣播數(shù)據(jù)。此外，量子通信中，所采用量子信道實(shí)際上就是通信各方之間的量子糾纏，現(xiàn)有的廣播量子通信和量子交換協(xié)議都利用了最大糾纏信道，例如最大糾纏Bell信道????????????????????????????????????????????????和最大糾纏GHZ信道。事實(shí)上，由于制備與傳輸中的環(huán)境耦合，消相干及噪聲的影響，基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，往往很難得到最大糾纏態(tài)，需要利用糾纏集中操作從部分糾纏的態(tài)中提取出近似的最大糾纏態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于部分糾纏GHZ信道的聯(lián)合監(jiān)控量子網(wǎng)絡(luò)通信方法，使得部分用戶可以無限制接收到廣播數(shù)據(jù)，其他用戶需要在得到監(jiān)控授權(quán)信息下才能獲取真實(shí)的廣播數(shù)據(jù)。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于部分糾纏GHZ信道的聯(lián)合監(jiān)控量子廣播通信方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）數(shù)據(jù)粒子準(zhǔn)備階段：發(fā)送者Alice準(zhǔn)備兩組部分糾纏GHZ態(tài)，和作為信道用來廣播信息，Alice從每個(gè)GHZ態(tài)中保留2個(gè)粒子，、、和，從每個(gè)GHZ態(tài)中分別提取和匹配成量子數(shù)據(jù)粒子序列單元；

（2）監(jiān)控粒子準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)粒子更新階段：Alice引入初始狀態(tài)為的輔助粒子，選擇一個(gè)輔助粒子首先執(zhí)行Hadamard交換，并以作為控制位，以被監(jiān)控的數(shù)據(jù)位作為目標(biāo)位，實(shí)施CNOT變換，完成對(duì)數(shù)據(jù)粒子序列單元中的更新，再對(duì)執(zhí)行Hadamard交換，以作為控制位，為目標(biāo)位，實(shí)施CNOT變換，將相應(yīng)的控制粒子分發(fā)給個(gè)監(jiān)控方，初步建立實(shí)施聯(lián)合監(jiān)控模式的量子廣播通信信道；

（3）檢測(cè)粒子準(zhǔn)備與數(shù)據(jù)傳送階段：Alice為每組序列準(zhǔn)備若干個(gè)檢測(cè)粒子組成檢測(cè)粒子序列，每個(gè)粒子隨機(jī)處于和的基態(tài)之一，Alice記錄檢測(cè)序列里每個(gè)粒子所處的狀態(tài)，將隨機(jī)插入檢測(cè)粒子序列，記下位置，形成組新的數(shù)據(jù)粒子和檢測(cè)粒子混雜序列，Alice將手中的粒子序列分別發(fā)送給相應(yīng)的第個(gè)接收者；

（4）檢測(cè)實(shí)施階段：當(dāng)接收用戶收到混雜序列后，對(duì)該混雜序列進(jìn)行安全檢測(cè)，提取其中的檢測(cè)粒子序列進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)聽；

（5）監(jiān)控模式下的信息解碼階段：Alice和各個(gè)廣播信息接收用戶對(duì)他們各自手中相應(yīng)的兩個(gè)粒子進(jìn)行Bell測(cè)量，獲得測(cè)量結(jié)果,并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行編碼，令?對(duì)應(yīng)于經(jīng)典粒子0,?對(duì)應(yīng)于經(jīng)典粒子1,Alice根據(jù)其測(cè)量結(jié)果和要發(fā)送的秘密消息通過經(jīng)典信道公布一個(gè)校驗(yàn)位，若測(cè)量結(jié)果與要發(fā)送的秘密消息一致，則校驗(yàn)位置0；若相反，則校驗(yàn)位置1；各個(gè)監(jiān)控方對(duì)其手中的粒子利用進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)量結(jié)果為時(shí)，授權(quán)信息編碼為0；當(dāng)測(cè)量結(jié)果為，授權(quán)信息編碼為1；將其測(cè)量結(jié)果作為授權(quán)信息告知給相應(yīng)的合法用戶，如果不授權(quán)，則拒絕發(fā)布授權(quán)信息；廣播數(shù)據(jù)接收用戶從混雜粒子序列中提取數(shù)據(jù)粒子序列，進(jìn)行Bell測(cè)量，獲得測(cè)量結(jié)果，根據(jù)校驗(yàn)位信息、Bell測(cè)量結(jié)果和授權(quán)信息，獲取真實(shí)有效的合法廣播數(shù)據(jù)。

上述技術(shù)方案中，步驟（5）的具體計(jì)算過程為：無限制用戶，獲得的真實(shí)廣播消息為；得到授權(quán)信息的授權(quán)限制用戶獲得的真實(shí)廣播消息為，授權(quán)限制用戶如果不能得到任意一個(gè)控制方授權(quán)信息，就不能準(zhǔn)確獲取真實(shí)的廣播信息。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：