[發(fā)明專利]一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710419159.0 | 申請日： | 2017-06-06 |
| 公開（公告）號： | CN107222307B | 公開（公告）日： | 2020-01-10 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 曹正文;宋丹;彭進(jìn)業(yè);曾貴華;李艷;趙光 | 申請（專利權(quán)）人： | 西北大學(xué) |
| 主分類號： | H04L9/08 | 分類號： | H04L9/08;H04B10/70 |
| 代理公司： | 61216 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 | 代理人： | 李婷;張明 |
| 地址： | 710069 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 粒子 受控 量子 安全 直接 通信 方法 | ||
1.一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一，發(fā)送方和接收方設(shè)計(jì)相同結(jié)構(gòu)的序列產(chǎn)生器，控制方設(shè)定所述的序列產(chǎn)生器的初始態(tài)；控制方將所述的初始態(tài)發(fā)送給發(fā)送方，發(fā)送方根據(jù)初始態(tài)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列并制備四粒子簇態(tài)；
步驟二，發(fā)送方將步驟一制備的四粒子簇態(tài)分為兩組S1和S2，發(fā)送方保留其中的兩個(gè)粒子，將另外兩個(gè)粒子發(fā)送給接收方；
步驟三，發(fā)送方在序列S2中隨機(jī)插入單光子作為檢測粒子，將插入單光子后的序列作為檢測序列S2′，并記錄檢測粒子的位置信息，保留制備單光子所使用的測量基序列，將S2′通過量子信道發(fā)送給接收方；
接收方收到序列后，發(fā)送方再將檢測序列中檢測粒子的位置信息通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收方，接收方根據(jù)所述的位置信息對對應(yīng)位置的單光子進(jìn)行測量，然后將測量使用的測量基序列通過經(jīng)典信道返回給發(fā)送方，具體包括：接收方對相應(yīng)的單光子位置隨機(jī)選取Z基{|0>,|1>}和X基{|+>,|->}進(jìn)行測量，其中Z基和X基滿足運(yùn)算
發(fā)送方將接收方發(fā)來的測量基序列和發(fā)送方保留的測量基序列進(jìn)行比對分析，如果錯(cuò)誤率大于設(shè)定的安全閾值，則信道不安全，終止此次通信；否則信道安全，執(zhí)行步驟四；
步驟四，若信道安全，發(fā)送方將要發(fā)送的原始信息序列M按照每1023位進(jìn)行分組，并將分組后的序列與所述的偽隨機(jī)序列進(jìn)行異或操作后作為發(fā)送序列S；選擇不同的幺正變換組合對其保留的兩個(gè)粒子進(jìn)行本地局域幺正變換，將發(fā)送序列S編碼在量子態(tài)上，其中所述的本地局域幺正變換具體為I＝|0><0|+|1><1|，X＝|0><1|+|1〉〈0|，其中I表示比特不變，X表示比特翻轉(zhuǎn)；
步驟五，發(fā)送方將編碼后的量子系統(tǒng)進(jìn)行Bell基測量，接收方對自身持有的兩個(gè)粒子構(gòu)成系統(tǒng)進(jìn)行Bell基測量，并記錄測量結(jié)果；
所述的量子系統(tǒng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的糾纏粒子構(gòu)成；
步驟六，發(fā)送方將其測量結(jié)果作為經(jīng)典信息通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收方；
步驟七，接收方結(jié)合自身的測量結(jié)果和發(fā)送方發(fā)來的測量結(jié)果，判斷發(fā)送方選取了哪種幺正操作，從而恢復(fù)出發(fā)送序列；
步驟八，控制方將序列產(chǎn)生器的初始態(tài)發(fā)送給接收方，接收方利用所述的初始態(tài)產(chǎn)生與發(fā)送方相同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行異或解密操作，恢復(fù)出原始信息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述的步驟一中，序列產(chǎn)生器設(shè)計(jì)為10級，初始值為1023位。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述步驟一中，所述發(fā)送方所制備的四粒子簇態(tài)表示為：
其中，簇態(tài)的四粒子分別用a1、a2、a3和a4來表示，|ψ>4表示四粒子的糾纏態(tài)矢。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述的步驟三中，接收方對相應(yīng)的單光子位置隨機(jī)選取Z基{|0>,|1>}和X基{|+>,|->}進(jìn)行測量，其中Z基和X基滿足運(yùn)算
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述的步驟四中，本地局域幺正操作具體表示為：
I＝|0><0|+|1><1|，X＝|0〉〈1|+|1><0|
其中幺正變換I表示比特不變，X表示比特翻轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于四粒子簇態(tài)的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述的步驟五中，對編碼后的量子系統(tǒng)進(jìn)行Bell基測量時(shí)，Bell基表示為
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