[發明專利]基于量子行走的量子安全直接通信方法

在審

• 申請號: 202310440952.4
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116388985A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 馮艷艷;胡欣藍;嚴宇芝;郭子成
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種基于量子行走的量子安全直接通信方法，包括編碼量子行走系統的初始態；執行基于有向環圖上一步量子行走得到共享糾纏態；重新描述發送方和接收方共享的量子信道；發送方采用基于位置的測量基進行測量并發送給接收方；接收方采用基于硬幣的測量基進行對應測量；發送方和接收方比較測量結果實現信道判斷；計算復合量子態；進行第二步基于有向環圖上量子行走得到最終量子糾纏態；發送方執行投影測量并傳輸接收方；接收方測量并獲取秘密信息完成基于量子行走的量子安全直接通信。本發明避免了糾纏態的提前制備，規避了粒子分發中的安全風險，測量效率更高且實驗上更加容易實現，而且可靠性高、安全性高、效率高。

技術領域

本發明屬于量子通信領域，具體涉及一種基于量子行走的量子安全直接通信方法。

背景技術

隨著信息技術革命的持續發展以及大數據時代的到來，數據無疑是企業和個人最重要的資產，因此數據泄露造成的安全風險大大增加。此外，各種消息的偽造與篡改等現象大量存在。為了在通信過程中減少或避免這些情況的發生，各種安全通信技術成為保密通信領域的研究熱點。

安全通信技術旨在確保秘密信息不僅只對于兩個授權通信方是可解釋的，而且在傳輸的過程中不應該被篡改。目前，量子通信技術已經被認為是最重要的安全通信技術之一。

現有的量子密鑰分發協議，如BB84協議、E91協議、BBM92協議等，它們的主要目的在于在兩方(發送方Alice和接收方Bob)之間制備一個隨機密鑰序列，通過該隨機密鑰序列連同量子一次一密實現數據的加密通信。但是，這類量子密鑰分發方法，其通信復雜度相對較高；而且，該類方案在實際傳輸的過程中，特別是在密鑰分發、密鑰存儲和密文傳輸的過程中，依舊存在泄密的風險。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可靠性高、安全性好且效率較高的基于量子行走的量子安全直接通信方法。

本發明提供的這種基于量子行走的量子安全直接通信方法，包括如下步驟：

量子信道準備階段：

S1.對量子行走系統的初始態進行編碼；

S2.在步驟S1得到的量子態上執行基于有向環圖上一步量子行走，從而得到用作量子信道的共享糾纏態；

信道檢測階段：

S3.將發送方和接收方共享的量子信道重新描述為基于位置的測量基和基于硬幣的測量基；

S4.發送方采用基于位置的測量基進行測量，并將采用的用于測量的糾纏態發送給接收方；

S5.接收方獲得發送方發送的糾纏態后，采用基于硬幣的測量基進行對應的測量；

S6.發送方和接收方將各自的測量結果與所有可能的輸出結果進行比較，實現對量子信道的檢測和判斷：

若判定量子信道安全，則進行后續的步驟；

否則，通信結束；

秘密信息傳輸階段：

S7.計算得到通信系統的復合量子態；

S8.在步驟S7得到的量子態上進行第二步基于有向環圖上量子行走，得到發送方和接收方的最終量子糾纏態；

S9.發送方在步驟S8得到的量子態上執行投影測量，并將數據傳輸給接收方；

S10.接收方根據接收到的數據信息，進行測量獲取秘密信息，完成基于量子行走的量子安全直接通信。

步驟S1所述的對量子行走系統的初始態進行編碼，具體包括如下步驟：

針對一個基于有向環圖的量子行走模型，其中包括一個位置空間和一個命名為硬幣1的硬幣空間；發送方持有發送方第一粒子A1，接收方持有接收方第一粒子B1；