[發(fā)明專利]抗集體退相位噪聲的錯(cuò)誤容忍信道加密量子對(duì)話協(xié)議

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410355932.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN104104503A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉天語(yǔ)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種抗集體退相位噪聲的錯(cuò)誤容忍信道加密量子對(duì)話協(xié)議，利用每個(gè)由兩物理量子比特構(gòu)成的無(wú)消相干態(tài)抵抗集體退相位噪聲；可使通信雙方在集體退相位噪聲信道共享量子私鑰；通過利用共享的量子私鑰進(jìn)行加解密使每個(gè)傳輸?shù)膬闪Ｗ舆壿嬃孔颖忍氐某鯌B(tài)被通信雙方秘密共享；通過復(fù)合酉操作將通信雙方的秘密信息編碼在傳輸?shù)膬闪Ｗ舆壿嬃孔颖忍兀煌ㄟ^量子加密共享傳輸?shù)膬闪Ｗ舆壿嬃孔颖忍氐某鯌B(tài)克服信息泄露問題；通過選擇恰當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)角度使量子私鑰可被重復(fù)利用以節(jié)省量子資源；其信息論效率幾乎達(dá)到66.7％，遠(yuǎn)高于之前的抗噪聲無(wú)信息泄露量子對(duì)話協(xié)議；在除安全檢測(cè)外的整個(gè)對(duì)話過程僅需單粒子測(cè)量；共包括以下五個(gè)過程：

S1)量子私鑰共享：Alice和Bob利用以下方法在一個(gè)集體退相位噪聲信道上共享N個(gè)EPR對(duì)|φ+>AB=12(|0>A|0>B+|1>A|1>B)]]>作為他們的量子私鑰：①Alice制備N+δ₁個(gè)糾纏態(tài)|Θdp+>AC=12(|0>|0>dp+|1>|1>dp)AC]]>=12(|0>A|01>C1C2+|1>A|10>C1C2)=12[|+>A(|++>-|-->)C1C2+]]>|->A(|-+>-|+->)C1C2];]]>她將這些糾纏態(tài)分成兩個(gè)粒子序列，S_A和S_C，其中S_A由所有的粒子A組成，S_C由所有的邏輯量子比特C組成；然后，她自己保留S_A并將S_C發(fā)送給Bob；②在Bob宣布收到S_C后，他們一起執(zhí)行安全檢測(cè)程序；Bob從S_C隨機(jī)挑選出δ₁個(gè)邏輯量子比特并隨機(jī)使用和兩個(gè)基中的一個(gè)來(lái)測(cè)量每個(gè)樣本邏輯量子比特，其中和然后，他告訴Alice這些樣本邏輯量子比特的位置和測(cè)量基；Alice利用恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量基測(cè)量S_A中相應(yīng)的樣本粒子A；也就是說(shuō)，如果Bob利用基來(lái)測(cè)量S_C中的一個(gè)樣本邏輯量子比特C，Alice將選擇基σ_z(σ_x)來(lái)測(cè)量S_A中相應(yīng)的樣本粒子A；在Alice公布她的測(cè)量結(jié)果后，一個(gè)竊聽者的存在可被Bob通過他們相應(yīng)測(cè)量結(jié)果之間的確定相關(guān)性判斷出；只要傳輸安全性能夠得到保證，他們就能成功共享剩余的N個(gè)糾纏態(tài)③對(duì)于每個(gè)剩余的N個(gè)糾纏態(tài)Bob以粒子C₁為控制量子比特、C₂為目標(biāo)量子比特對(duì)C₁和C₂施加一個(gè)控制非(Controlled-NOT，CNOT)操作；這樣，整個(gè)量子系統(tǒng)將由改變?yōu)橹钡竭@里，Alice和Bob已經(jīng)成功共享N個(gè)EPR對(duì)|φ+>AC1=12(|0>A|0>C1+|1>A|1>C1);]]>不失一般性，中的下標(biāo)C₁可被B替代；

S2)Alice的加密：Alice制備一個(gè)由N個(gè)傳輸量子態(tài)構(gòu)成的序列，其中m_i＝0或1(i＝1，2，…，N)，這個(gè)序列被稱為S_M；為確保傳輸安全性，Alice采用誘騙態(tài)技術(shù)；即，她制備一些隨機(jī)處于四個(gè)態(tài)之一的誘騙態(tài)，并將它們隨機(jī)插入S_M；這樣，S_M轉(zhuǎn)變?yōu)镾′_M；Alice利用量子私鑰來(lái)加密S′_M中除誘騙態(tài)外的傳輸量子態(tài)；即，Alice以粒子A_i為控制量子比特、為目標(biāo)量子比特對(duì)A_i和|mi>dp(i=1,2,...,N)]]>施加一個(gè)控制操作，其中CU1dp=|0><0|⊗U0dp+|1><1|⊗U1dp;]]>然后，Alice將S′_M發(fā)送給Bob，并且當(dāng)Bob宣布已經(jīng)收到后告訴BobS′_M中誘騙態(tài)的位置和制備基；然后，在利用Alice告訴的制備基測(cè)量誘騙態(tài)后，Bob告訴Alice他的測(cè)量結(jié)果；一個(gè)竊聽者的存在可被Alice通過誘騙態(tài)的初態(tài)和Bob關(guān)于它們的測(cè)量結(jié)果之間的一致性判斷出；如果不存在竊聽者，他們繼續(xù)執(zhí)行下一步驟，否則，他們重新開始；

S3)Bob的解密和編碼：Bob丟棄S′_M中的誘騙態(tài)得到S_M；然后，Bob解密出S_M中的傳輸量子態(tài)；即，Bob以粒子B_i為控制量子比特、|m_i>_dp為目標(biāo)量子比特對(duì)粒子B_i和|m_i>_dp(i＝1，2，…，N)施加一個(gè)操作；Bob利用基測(cè)量傳輸量子態(tài)|m_i>_dp以知道它的初態(tài)；根據(jù)他的測(cè)量結(jié)果，Bob重新制備一個(gè)新的沒有測(cè)量過的傳輸量子態(tài)|m_i>_dp；為了編碼他的1比特秘密信息k_i，Bob對(duì)新的|m_i>_dp施加復(fù)合酉操作從而得到為了確保傳輸安全性，Bob也制備一些隨機(jī)處于四個(gè)態(tài)之一的誘騙態(tài)，并將它們隨機(jī)插入S_M中；這樣，S_M轉(zhuǎn)變?yōu)镾″_M；然后，Bob將S″_M發(fā)送給Alice；在Alice宣布接收到S″_M后，他們執(zhí)行與步驟S2中一樣的安全檢測(cè)程序；如果S″_M的傳輸安全性能夠得到保證，他們繼續(xù)下一步驟；

S4)Alice的編碼和雙向通信：Alice丟棄S″_M中的誘騙態(tài)得到S_M；為了編碼她的1比特秘密信息j_i，Alice對(duì)S_M中的施加復(fù)合酉操作相應(yīng)地，轉(zhuǎn)變?yōu)槿缓螅珹lice利用基測(cè)量為了雙向通信，Alice公開宣布的測(cè)量結(jié)果；根據(jù)她自己的復(fù)合酉操作和的測(cè)量結(jié)果，Alice能夠讀出Bob的1比特秘密信息k_i，既然她自己制備|m_i>_dp；同樣地，根據(jù)他自己的復(fù)合酉操作和的測(cè)量結(jié)果，Bob也能讀出Alice的1比特秘密信息j_i；

S5)量子密鑰旋轉(zhuǎn)：對(duì)于每個(gè)量子私鑰|φ⁺>_AB，在選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕嵌圈群螅珹lice和Bob分別旋轉(zhuǎn)他們各自的粒子；這個(gè)旋轉(zhuǎn)可被描述為R(θ)=cosθsinθ-sinθcosθ;]]>盡管R(θ)的雙邊操作不能改變|φ⁺>_AB的狀態(tài)，它能夠抵抗竊聽行為；在旋轉(zhuǎn)后，Alice和Bob從步驟S2重新開始下一輪通信，并重復(fù)使用EPR對(duì)|φ⁺>_AB作為他們的量子私鑰。