[發明專利]基于單光子的要求經典通信者具備測量能力的半量子對話方法

在審

• 申請號: 201710970020.5
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107666356A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 葉天語;葉崇強
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/85;H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于單光子的要求經典通信者具備測量能力的半量子對話方法，利用單光子作為量子載體實現一個量子通信者和一個經典通信者之間秘密消息的相互交換；針對外在Eve的主動攻擊的安全性是由現有半量子密鑰分配方法的完全魯棒性、經典一次一密加密、經典通信者的置亂操作以及誘騙光子技術來保證；經典通信者對信息單光子的經典基測量使得他與量子通信者共享它們的初態，從而克服信息泄露問題；共包括以下六個過程：

S1)量子Alice制備8N個隨機處于四個量子態{|0>,|1>,|+>,|->}之一的單光子，并將它們通過塊傳輸的方式傳送給經典Bob；這里，和N為自然數；

S2)在收到來自Alice的所有單光子后，Bob與Alice一起執行以下安全檢測程序：(1)Bob從8N個單光子中隨機挑選出一半單光子；(2)對于每個被選中的光子，Bob隨機地將它直接返回給Alice或用Z基測量它并將相同的量子態重發給Alice，其中Z基為正交基{|0>,|1>}；(3)在得到Alice收到的信號后，Bob告訴Alice他選擇進行直接返回的單光子的位置以及他選擇進行測量的位置和測量結果；(4)對于直接返回的光子，Alice利用她的制備基測量它們并通過比較她的測量結果和制備的初態計算錯誤率；對于她制備處于Z基并被Bob測量的光子，Alice用Z基測量相應的所返回的光子并計算相應的錯誤率；(5)如果總錯誤率低于閾值，她們繼續通信執行下一步驟，否則，她們終止通信；

S3)對于剩余的4N個單光子，Alice公布哪些被她制備處于Z基；現在Bob手上有2N個單光子處于Z基；

S4)Bob從自己手中處于Z基的單光子隨機挑選出N個來編碼他的秘密消息；這些被選中的單光子被稱為信息單光子；Bob手中剩余的單光子被稱為樣本單光子，用于安全檢測；Bob的編碼規則是：如果他的秘密經典比特是0，Bob用Z基測量信息單光子并制備一個新的單光子處于相同的量子態；如果他的秘密經典比特是1，Bob用Z基測量信息單光子并制備一個新的單光子處于相反的量子態；需要指出的是，Bob通過他的Z基測量能知道信息單光子的初態；最后，Bob將他手中所有的單光子隨機重新排序并通過塊傳輸的方式發送給Alice；

S5)在得到Alice收到的信號后，Bob公布所傳送的單光子的順序和信息單光子的位置；Alice根據Bob的宣布將所有單光子恢復成原始順序；對于樣本單光子，有N個處于Z基和2N個處于X基，其中X基為正交基{|+>,|->}；Alice利用這些樣本單光子執行安全檢測程序，即她用她的制備基測量它們并通過比較她的測量結果和制備的初態計算錯誤率；如果錯誤率低于閾值，她繼續通信，執行下一步驟，否則，她終止通信；

S6)Alice丟棄所有的樣本單光子；然后，Alice根據以下規則對信息單光子編碼她的秘密消息：如果她的秘密經典比特是0，Alice保持信息單光子不變；如果她的秘密經典比特是1，Alice對信息單光子施加酉操作σ_x；然后，Alice用Z基測量所有的信息單光子并向Bob公布她對它們最終態的測量結果；根據信息單光子的最終態、他自己的秘密消息和他知道的信息單光子的初態，Bob能讀出Alice的秘密消息；同時，根據信息單光子的最終態、她自己的秘密消息和她制備的信息單光子的初態，Alice能讀出Bob的秘密消息。