[發(fā)明專利]基于糾纏的測量設(shè)備無關(guān)三方量子安全直接通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111409658.4
• 申請日: 2021-11-25
• 公開（公告）號: CN114221713B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盛宇波;施建弘;周瀾;鐘偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/85;H04B10/516;H04L9/08
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

1.一種基于糾纏的測量設(shè)備無關(guān)三方量子安全直接通信方法，其特征在于：所述量子安全直接通信方法主要包括：

步驟1：用戶1和用戶2分別制備若干的量子態(tài)為|Φ⁺＞的EPR光子對，用戶3制備兩組量子態(tài)為|Φ⁺＞的EPR光子對(S5，S6)和(S7，S8)；用戶1的EPR光子對序列稱為S1和S2，用戶2的EPR光子對序列稱為S3和S4；用戶1和用戶2分別在S2和S4序列中隨機(jī)地插入若干在X基或Z基下隨機(jī)制備的單光子作為安全性檢測光子，用戶3在S6和S7序列中也隨機(jī)地插入若干的安全性檢測光子；

步驟2：用戶1和用戶2將S2和S3序列的光子發(fā)送給第四方測量端；同時，用戶3將S5，S6，S7序列的光子也發(fā)送給第四方測量端；

步驟3：第四方測量端對S2和S3序列的光子進(jìn)行貝爾態(tài)測量(BSM)，同時，第四方測量端對S6和S7序列的光子進(jìn)行BSM，并公布測量結(jié)果；若BSM的兩個光子均為安全性光子，則BSM的測量結(jié)果被用于安全性檢測；若安全性檢測的誤碼率高于設(shè)定的閾值，則取消此次通信，若安全性檢測的誤碼率低于設(shè)定的閾值，則繼續(xù)進(jìn)行此次通信；

步驟4：若BSM的兩個光子均來自EPR光子對，則將BSM的結(jié)果用于構(gòu)建糾纏信道；根據(jù)BSM的結(jié)果，用戶1與用戶2之間建立糾纏信道，用戶3與第四方測量方也建立糾纏信道；

步驟5：根據(jù)所要傳遞的信息，用戶1與用戶3分別對手上糾纏態(tài)的剩余單光子進(jìn)行編碼；用戶1有不變操作(I)和比特翻轉(zhuǎn)操作(σ_x)，分別代表經(jīng)典信息0和1；用戶3有不變操作(I)和相位翻轉(zhuǎn)操作(σ_z)，分別代表經(jīng)典信息0和1；

同時，S2對手中的S4序列的光子進(jìn)行隨機(jī)操作(I或σ_x或σ_z操作)；在S1和S5序列中，用戶1和用戶3隨機(jī)選定一部分光子作為安全性檢測光子，并對其進(jìn)行隨機(jī)編碼；

步驟6：編碼完成后，用戶2將S4序列的光子發(fā)送給第四方測量端進(jìn)行BSM并公布測量結(jié)果，以建立用戶1與用戶3之間的糾纏信道；

步驟7：用戶1和用戶3分別將S1和S5序列的光子發(fā)送給第四方測量端進(jìn)行BSM并公布測量結(jié)果；用戶1和3公布安全性檢測光子的位置；

若BSM的兩個光子均來源于安全性檢測光子對，則用戶1、用戶2以及用戶3公布施加操作并結(jié)合BSM結(jié)果進(jìn)行安全性檢測；若安全性檢測通過，則用戶2根據(jù)上述四次BSM的測量結(jié)果得到用戶1與用戶3所要傳遞的信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于糾纏的測量設(shè)備無關(guān)三方量子安全直接通信方法，其特征在于，步驟1具體為：所述用戶1、用戶2以及用戶3初始制備的糾纏態(tài)均為|Φ⁺＞，且均是以下4個正交的貝爾態(tài)中的一種，形式如下：

在X基和Z基下隨機(jī)制備的單光子包括下面四種量子態(tài)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于糾纏的測量設(shè)備無關(guān)三方量子安全直接通信方法，其特征在于，步驟2和步驟3具體為：若進(jìn)行BSM的兩個光子都是相同制備基的安全性檢測單光子，則測量結(jié)果用于安全性檢測，具體過程為：

所述用戶1、用戶2以及用戶3均公開所插入的單光子的基與位置，測量結(jié)束后，測量方對測量結(jié)果進(jìn)行公開；所述用戶1、用戶2以及用戶3根據(jù)BSM的結(jié)果計(jì)算誤碼率，若誤碼率高于設(shè)定的閾值，則說明光子傳輸不安全，則取消通信；若誤碼率低于設(shè)定的閾值，則說明光子傳輸過程安全，繼續(xù)通信。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于糾纏的測量設(shè)備無關(guān)三方量子安全直接通信方法，其特征在于，步驟4具體為：

所述用戶1和所述用戶2分別將S2和S3序列的光子發(fā)給第四方測量端測量后，系統(tǒng)的量子態(tài)為：

所述用戶3將S6、S7、S8序列的光子發(fā)送給第四方測量端進(jìn)行BSM后，系統(tǒng)的量子態(tài)為：

根據(jù)BSM結(jié)果，所述用戶1和所述用戶2建立糾纏信道，所述用戶3和所述第四方測量端建立糾纏信道。