[發明專利]一種基于氫原子的混合量子通信方法

在審

• 申請號: 201811468223.5
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109450626A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 蔡政英;屈靜
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/85
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 余山

1.一種基于氫原子的混合量子通信方法，其特征在于：包括Alice量子通信模塊(101)、Bob量子通信模塊(102)，并均具備經典通信和量子通信兩種通信模式，且經典通信模式能夠傳送信息，量子通信模式傳送量子密鑰；Alice量子通信模塊(101)與Bob量子通信模塊(102)之間形成兩條通信通道；其中一條通信通道為經典信道(104)，Alice量子通信模塊(101)與經典信道(104)、Bob量子通信模塊(102)依次連接進行經典信息通信；其中另一條通信通道為量子信道(105)，Alice量子通信模塊(101)與量子信道(105)、Bob量子通信模塊(102)依次連接進行量子密鑰通信；Alice量子通信模塊(101)與Bob量子通信模塊(102)既可作為發送方也可以作為接收方，且兩者均可制備量子密鑰，經典信道(104)與量子信道(105)均能夠進行雙向通信，通信雙方使用經典信道傳輸加密信息，并使用量子信道傳輸量子密鑰，經典信道構成經典通信所需的信息信道和信息傳輸網絡，量子信道構成量子通信所需的密鑰信道和密鑰傳輸網絡，經典通信網絡與量子通信網絡能夠同時工作，并且互相傳輸信息，Alice量子通信模塊(101)與Bob量子通信模塊(102)具有經典信息和量子信息雙向計算轉換功能和兼容處理功能，既能夠讀取、計算和處理經典信道中的經典信息，并維持經典信道的運行。

2.根據權利要求1所述的一種基于氫原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Alice量子通信模塊(101)與Bob量子通信模塊(102)具有經典信息和量子信息的存儲功能，具備經典存儲器以實現經典信息的存儲轉發和測量、轉換操作，且具備量子存儲器以實現量子密鑰的存儲轉發和測量、糾纏、疊加、轉換操作；經典存儲器為存儲經典信息的傳統存儲器，每個存儲位為經典態的1或0，包括磁表面硬盤存儲器或固態硬盤存儲器或磁帶或光盤或閃存；量子存儲器為存儲量子信息的非經典存儲器，每個存儲位為單個氫原子，通過氫原子的不同物理態存儲量子信息|0>或|1>及兩態間的所有疊加態，可夠實現量子密鑰的存儲和管理。

3.根據權利要求2所述的一種基于氫原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Alice量子通信模塊(101)包括12組不同的互為正交的氫原子量子態組成字母表，能夠隨機選擇或按需選擇氫原子量子態字母表中的任意一組制備一位或多位量子態進行量子通信，也能夠測量字母表中的不同物理態。

4.根據權利要求3所述的一種基于氫原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述氫原子量子態字母表包括12組互不相同的物理態，每組均包括|0>和|1>兩種正交的物理態，Alice量子通信模塊(101)能夠隨機選擇氫原子字母表中的任意一組或幾組構成量子密鑰實現對信息的加密，并將加密后的信息通過經典信道傳輸給Bob量子通信模塊，量子密鑰通過量子信道傳輸給Bob量子通信模塊；氫原子量子態字母表使用12組互不相同的物理態分別編碼成量子態的|0>和|1>，或反之，分別編碼成量子態的|1>和|0>；可用于編碼的物理態包括：氫原子中電子相對原子核位置偏左或偏右，電子相對原子核位置偏上或偏下，電子相對原子核位置偏前或偏后，電子公轉軌道距離原子核偏遠或偏近，電子繞原子核的公轉方向為順時針或逆時針，電子自旋方向為順時針或逆時針，電子塞曼效應的能級高或低，電子運動速度的快或慢，電子自旋速度的快或慢，電子溫度高或低，電子數多，中子數多少；在量子通信時，不同的密碼編碼位可以同時使用字母表中的不同組，也可以同時使用字母表中的共同一組；通信雙方可以使用量子通信協議預先約定字母表的使用方法，也可以隨機自行選擇字母表的一組或幾組進行通信。

5.根據權利要求1至4其中之一所述的一種基于氫原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Bob量子通信模塊(102)包括12組不同的互為正交的氫原子量子態組成字母表，能夠隨機選擇或按需選擇氫原子量子態字母表中的任意一組制備一位或多位量子態用作量子密鑰或量子數據進行量子通信，也能夠測量字母表中的不同物理態。