[發明專利]單光子三量子比特編碼的多方量子通信方法及系統

無效

• 申請號: 201510051029.7
• 申請日: 2015-01-31
• 公開（公告）號: CN104660346A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 夏從俊
• 申請（專利權）人: 浙江神州量子網絡科技有限公司
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70
• 代理公司: 杭州華知專利事務所 33235
• 代理人: 寧岡

技術領域

本發明涉及光通信技術和安全領域，尤其是指一種單光子三量子比特編碼的多方量子通信方法及系統。

背景技術

多方量子通信包括：量子秘密共享、量子密鑰協商、三人量子密碼等，由于它們涉及多方參與，因此具有與兩方通信不一樣的特殊性質，因而被國際上眾多的學者和技術人員高度關注。由于量子秘密共享、量子密鑰協商、三人量子密碼等多方量子通信是以量子力學的基本原理為基礎的，再加上“一次一密”的通信方式保證了通信能夠處于物理水平上的絕對安全，因此它們對于保密性非常重要的國防與外交單位、大型金融企業和大型高科技企業等而言無疑是非常重要的。

從1999年第一個量子秘密共享方案提出至今已經有十幾年的時間，第一個方案一經提出便引起了國際上的廣泛關注，隨后涌現出了眾多改進與變化的方案，但是這些方案都存在一個重要的問題：高保真GHZ態的分發距離非常有限，而且GHZ態的制備也是一個比較困難的問題。目前，GHZ態實際分發距離的最遠記錄不到1公里，該實驗以短文的形式發表在光子學期刊《Nature?Photonics》上(Nature?Photonics?8,292(2014))，引起了各國媒體的廣泛報道。基于上述原因，具有實際操作意義的多方量子通信只能是一個理論方案，遠距離可實用化的多方量子通信對于學者們來說是非常大的理論與技術挑戰。

發明內容

為了解決現有多方量子通信技術不能應用于遠距離傳輸的問題，本發明提出了一種單光子三量子比特編碼的多方量子通信方法及系統，

本發明所采用的技術方案是：一種單光子三量子比特編碼的多方量子通信方法，包括如下步驟：

S1，Alice進行第一自由度的編碼：Alice使用光學元件制備光脈沖，并將每個光脈沖隨機地進行第一自由度的編碼，然后將進行第一自由度編碼后的光脈沖發送給Bob；

S2，Bob進行第二自由度的編碼：Bob使用光學元件對從Alice發送過來的每個光脈沖隨機地進行第二自由度的編碼，然后將進行第二自由度編碼后的光脈沖發送給Charlie；

S3，Charlie進行第三自由度的編碼：Charlie使用光學元件對從Bob發送過來的每個光脈沖進行第三自由度的編碼；

S4，Charlie進行單光子的GHZ態測量：Charlie對三量子比特編碼后的單光子進行完備且確定的GHZ態測量；

S5，Alice、Bob和Charlie生成密鑰：Charlie通過公開信道公布GHZ態測量結果，Alice、Bob和Charlie通過已認證的經典信道進行后處理，通過基矢比對、糾錯和隱私放大形成最終的無條件安全的密鑰；

其中，Alice、Bob和Charlie是各通信參與方的代稱。

作為優選，所述的第一自由度為偏振自由度，所述的第二自由度為時間自由度，所述的第三自由度為空間自由度。

作為另一優選，所述的第一自由度為時間自由度，所述的第二自由度為偏振自由度，所述的第三自由度為空間自由度。

本發明方案結構簡單，不需要預先制備和分發復雜和高保真的GHZ糾纏態，也不需要使用三個獨立光子源產生的單光子進行一高難度的完美干涉而進行后選擇的三光子GHZ態測量，只需要Alice對自己的光子進行第一自由度的編碼后發送給Bob，Bob進行第二自由度的編碼后發送給Charlie，Charlie進行第三自由度的編碼后再進行單光子的三量子比特的GHZ態測量。