[發明專利]基于單光子的不要求經典通信者具備測量能力的半量子對話方法

有效

• 申請號: 201710978679.5
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107517101B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 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: H04L9/08
• 分類號: 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不要求經典通信者具備測量能力的半量子對話方法，可實現一個量子通信者和一個經典通信者之間的雙向通信；針對外在Eve的主動攻擊的安全性是由經典通信者的置亂操作、現有半量子密鑰分配方法的完全魯棒性以及經典一次一密加密來保證；量子通信者對每兩個相鄰信息單光子的經典基測量使得她與經典通信者共享它們的初態，從而克服信息泄露問題；共包括以下七個過程：

S1)量子Alice制備N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；其中和N為自然數；

S2)為了編碼他自己的秘密消息，Bob制備2N個信息單光子處于Z基，其中Z基為正交基{|0〉,|1>}：如果他的秘密經典比特是0，他制備兩個相鄰的信息單光子處于相同的狀態；如果他的秘密經典比特是1，他制備兩個相鄰的信息單光子處于相反的狀態；而且，Bob制備M+2N(M≥N)個樣本單光子隨機處于Z基，其中M為自然數；Bob選出2N個樣本單光子，利用它們與2N個信息單光子一起構成一個量子比特序列在收到來自Alice的N個單光子后，Bob利用它們與剩余的M個樣本單光子一起構成一個量子比特序列|φ>；然后，Bob隨機從量子比特序列中選出2N個單光子|ψ>；最后，Bob將和|ψ>中的單光子一起重新排序并通過塊傳輸的方式發送給Alice；為方便起見，在|ψ>中，稱來自Alice的單光子為CTRL單光子，Bob制備的單光子為SIFT單光子；

S3)Bob公布屬于|ψ>的單光子的位置；Alice隨機用Z基或X基測量|ψ>中的每個單光子，其中X基為正交基{|+>,|->}；

S4)Bob公布|ψ>中單光子的順序；與此同時，Alice公布|ψ>中她用Z基測量的位置；Z-SIFT比特代表Alice用Z基測量STFT單光子所產生的比特；

S5)Alice通過比較她的測量結果和她制備的量子態來檢查|ψ>中CTRL單光子的錯誤率；如果Alice在步驟S3選擇正確的基測量|ψ>中的CTRL單光子，那么她的測量結果應當與她制備的量子態一樣；如果錯誤率高于某個預定的閾值P_CTRL，她們終止通信；

S6)Alice公布|ψ>中Z-SIFT比特的值；Alice的測量結果應當與Bob制備的量子態一樣；Bob檢查|ψ>中Z-SIFT比特的錯誤率；如果錯誤率高于某個預定的閾值P_Z-SIFT，她們終止通信；

S7)Alice丟棄屬于|ψ>的單光子；Bob公布中的2N個信息單光子的位置和順序；在Bob宣布它們后，Alice丟棄中的2N個樣本單光子并將剩余的2N個信息單光子恢復到原始順序；然后Alice測量每兩個相鄰信息單光子以讀出Bob的秘密消息；具體地，如果Alice測得每兩個相鄰信息單光子處于相同的量子態，那么Alice就知道Bob的秘密經典比特是0；如果Alice測得每兩個相鄰信息單光子處于相反的量子態，那么Alice就知道Bob的秘密經典比特是1；為了將她的秘密消息傳送給Bob，Alice根據以下規則執行經典一次一密加密過程并將密文向Bob宣布：如果她測得每兩個相鄰信息單光子的第二個光子處于量子態|0>以及她的秘密經典比特是0，她向Bob宣布0；如果她測得每兩個相鄰信息單光子的第二個光子處于量子態|0>以及她的秘密經典比特是1，她向Bob宣布1；如果她測得每兩個相鄰信息單光子的第二個光子處于量子態|1>以及她的秘密經典比特是0，她向Bob宣布1；如果她測得每兩個相鄰信息單光子的第二個光子處于量子態|1>以及她的秘密經典比特是1，她向Bob宣布0；根據Alice宣布的密文和他自己制備的所有的每兩個相鄰信息單光子的第二個光子所代表的經典比特，Bob能直接解密出Alice的秘密消息。