[發明專利]一種分層量子信息分發方法

有效

• 申請號: 201710638302.5
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107395346B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 余旭濤;安隆熙;張在琛;王霄峻
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種分層量子信息分發方法，發送方把一個攜帶量子信息的量子態，通過分層結構逐層分發到多個代理節點，量子信息由分層結構的每一層中的所有代理方共享，只有每一層中的代理方一起合作才能恢復量子信息，實現了量子信息安全性傳遞；本發明使用相對容易制備的“四粒子GHZ”狀態使得方案在實際中的可行性提高，利用分層結構來實現多次快速的量子信息分發，為無線網絡中量子信息的快速分發提供了理論基礎。

技術領域

本發明涉及量子通信和信息分發技術領域，尤其是一種分層量子信息分發方法。

背景技術

量子秘密共享QSS是量子密碼學的一個重要的分支。量子秘密共享主要研究如何借助量子力學，將一個秘密分拆給多個接收方，并且只有多個接收方合作時才能重建這個秘密。1999年，提出了第一個量子秘密共享協議(HBB協議)。在他們的協議中，Alice的秘密信息，在兩個接收者Bob和Charlie之間實現了共享，接受者Bob和Charlie合作便可以將秘密恢復出來。同年，一個閾值為(k，n)的量子秘密共享協議被提出，一個秘密被分為n部分，只有任意的k部分聯合才能重構秘密，k-1部分不能夠獲取秘密。2004年，提出了一種基于糾纏交換的多方的秘密共享的協議。2006年，提出了一個對于任意m量子位狀態的對稱多方量子秘密共享，需要利用m粒子的GHZ態。2011年，提出了一種高效的用cluster態對任意的m個量子比特狀態實現五個接收方量子狀態共享。2017年，提出了一個利用本地操作和一個n個量子比特正交對的GHZ態實現量子秘密共享。現有的各種方案中，量子秘密共享按照所使用的量子資源不同，可分為基于糾纏態和基于非糾纏態兩種。按共享的信息種類的不同分為兩類：第一類是多個參與者共享經典信息，利用量子特性實現經典信息的秘密共享，彌補傳統的秘密共享安全性差、實現效率低等問題；第二類是多個參與者共享一個未知的量子態，利用量子的糾纏特性來實現量子信息的秘密共享，共享的載體是量子態。

現有的這些協議都在理論上實現了量子秘密共享，但一些方案中所使用的多粒子最大糾纏態在實際中是不容易制備的，這將使得方案在實際中不可實現。同時，目前的方案研究多次分發量子信息的較少，大多數是在一次分發實現的，而在實際中，在一些復雜的網絡中一次分發可行性較低，連續多次分發將快速的實現量子信息的共享。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種分層量子信息分發方法，能夠利用分層結構來實現多次快速的量子信息分發，實現了量子信息安全性傳遞。

為解決上述技術問題，本發明提供一種分層量子信息分發方法，包括如下步驟：

(1)發送方擁有一個攜帶1量子比特信息的粒子(1)和一個制備在四粒子(1',2,3,4)態上的GHZ態，發送方將GHZ態中的2、3、4三個粒子分別分配給分層結構的第一層中的3個代理節點，形成一個五粒子的初始狀態；

(2)發送方對擁有的粒子(1,1')執行Bell測量，使傳遞的量子信息分發到第一層的3個代理節點，第一層的3個代理節點的三個粒子共享1量子比特信息，第一層的3個代理節點執行幺正變換將其變為指定的信息態；

(3)第一層的3個代理節點準備三個四粒子GHZ態，分別制備在粒子(2',5,6,7),(3',8,9,10),(4'11,12,13)上，第一層的3個代理節點將三個四粒子GHZ態中的九個粒子5-13分別分配給第二層的9個代理節點，形成一個十五粒子的初始狀態；

(4)第一層的3個代理節點對擁有的六個粒子(2,3,4,2',3',4')執行六粒子的擴展Bell測量，使傳遞的量子信息分發到第二層的9個代理節點，第二層的9個代理節點擁有的九個粒子共享1量子比特信息，第二層的9個代理節點執行幺正變換將其變為指定的信息態；