本发明专利技术实现了一种基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子秘密共享方法，构造了两个幺正算符，给出两组完备的本征量子态；进行环形量子秘密共享通信，基于本征量子态空间，发送方Alice随机制备光子序列发给Bob；Bob从光子序列中随机选取校验光子进行或者测量，根据密钥字串对剩余光子进行编码，编码后光子发给Charlie；Charlie对接收的光子序列进行校验光子测量，根据密钥字串对剩余光子进行编码，编码后光子发给Alice；Alice判断通信信道是否安全，读取Bob和Charlie联合所进行的编码操作。本发明专利技术利用单光子轨道角动量编码提高了量子秘密共享方案的通信容量和频谱效率，不需要多组分纠缠光子态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子通信
，具体设及一种基于光子轨道角动量高维编码实现 的量子秘密共享方法。
技术介绍
经典秘密共享方案是在=方实现的，其中一方作为主导方，需要把加密密钥分发 给两个接收方，由于可能存在不信任的一方，所W接收者需要联合起来才能读取加密密钥。 现有的量子秘密共享方案是基于单光子的偏振编码实现。为了实现量子秘密信息共享，信 息的发送者利用两组分或者=组分纠缠光子作为信息比特，然后将纠缠光子通过光纤或者 自由空间传输，送达接收方。双方经过安全监测，然后随机地选取测量基。在=方同时选择 相同测量基准的情况下，可W得到有用的结果。接收方将分别得到的秘密信息联合做异或 运算，即可生成主导方发送的秘密信息。传统的秘密共享方案中，利用的是光子的偏振自由 度，或者相位自由度上，由于光子的偏振自由度和相位自由度都是二维编码空间，所W编码 容量受局限，从而直接影响了量子秘密共享的信息传输速率。 光子轨道角动量是1992年科学家通过实验证实的，对于同一频率的电磁波，理论 上可W有无穷多个不同轨道角动量的取值。在2010年，吕宏，柯熙政公开了《光束轨道角动 量的量子通信编码方法研究》，利用高阶Bessel无衍射光束具有轨道角动量设计了一种量 子编码方案。2012年，郭建军，郭邦红，程广明等公开了《光子轨道角动量在量子通信中应 用的研究进展》，介绍了利用光子轨道角动量实现的量子密钥分配实验方案，为光子轨道角 动量在量子通信中的应用提供了思路。目前，研究人员在量子密钥分配方案中已经开始利 用光子轨道角动量开展研究，利用光子轨道角动量实现编码，完成密钥的安全传输，但目前 仍然存量子秘密共享方案中信道传输容量低的问题，且轨道角动量目前还没有应用到量子 安全直接通信中，实现信息的直接传输。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有量子秘密共享方案中信道传输容量低的不足，设计一 种利用光子轨道角动量实现信息编码、解码的高容量量子秘密共享方案。为实现W上目的，本专利技术提供了一种基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子 秘密共享方法，具体通过W下步骤实现： 步骤1 ;进行量子态编码； 设高维度量子空间的维度为P，其中一组完备的本征量子态表示为 {I0〉，11〉,. . .，Ip-1〉}，P为大于 2 的整数；[000引构造两个么正算符，分别是：量子空间中的轨道角动量相位控制算符【主权项】1. 一种，其特征在于，利用 轨道角动量量子态编码，实现高容量的量子秘密信息的共享，包括如下步骤： 步骤1:进行量子态编码； 设高维度量子空间的维度为P，P为大于2的整数；0,1，2,. . .，p_l中任意数值； 步骤2:进行环形量子秘密共享通信，设通信三方为Alice、Bob和Charlie，其中Alice将光子序列发送给Bob，Bob经过编码操作以后发送给Charlie，Charlie编码操作以后发送 给Alice;通信开始前，预先选定维度空间p，具体通信过程包括步骤2. 1~步骤2. 4 ; 步骤2.I:Alice随机地制备一组光子序列，其内每个光子的轨道角动量状态随机处在 本征量子态空间{11>,t=0,1，2,. . .，p-1}或者{Iitt>}中；Alice将制备的光子序列发送 给Bob; 步骤2.2:Bob接收到光子序列后，从该光子序列中随机地选出一部分光子作为校验光 子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子；Bob对校验光子随机在或 /和空间进行测量，得到校验光子的轨道角动量状态；然后Bob对待编码光子随机进行 编码操作，将编码完成的光子发送给Charlie; Bob在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，具体是：对待编码光子的轨 道角动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取&,或者进行操作，利用 操作编码逻辑比特〇,利用操作编码逻辑比特h，其中为单位矩阵，h的取值范围 为（1，2, ? ? ?，p_l); 步骤2. 3 :Charlie在接收到Bob编码后的光子序列后，从该光子序列中随机选出一部 分作为校验光子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子； Charlie对校验光子随机在i;,或/和;^空间进行测量；然后Charlie对待编码光子 随机进行编码操作，将编码完成的光子发送给Alice; Charlie在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，对待编码光子的轨道角 动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取&或者进行操作，利用&操作 编码逻辑比特0,利用(f)A操作编码逻辑比特h; 步骤2. 4 :Alice接收到光子序列后，分别和Bob、Charlie通过公开信道比对校验光子 的位置、测量基和测量结果，判断比特误码率是否低于通信信道的安全阈值，若是，则通信 信道是安全的，否则通信信道不安全； 通信信道安全时，Alice对比光子轨道角动量的初始状态和最终状态，读取Bob和Charlie联合所进行的编码操作，Alice的密钥是Bob和Charlie的编码密钥的乘积；通信 信道不安全时，停止通信。2.根据权利要求1所述的， 其特征在于，所述的发送方Alice，级联p个轨道角动量分离器，校验光子通过级联的p个轨 道角动量分离器，随机进行或/和文p操作，其中操作通过相移片完成，；^操作通过 四分之一波片和全息片共同作用实现；输出的不同轨道角动量值的光子分量沿不同路径输 出，路径上标记有对应的轨道角动量值w\【专利摘要】本专利技术实现了一种，构造了两个幺正算符，给出两组完备的本征量子态；进行环形量子秘密共享通信，基于本征量子态空间，发送方Alice随机制备光子序列发给Bob；Bob从光子序列中随机选取校验光子进行或者测量，根据密钥字串对剩余光子进行编码，编码后光子发给Charlie；Charlie对接收的光子序列进行校验光子测量，根据密钥字串对剩余光子进行编码，编码后光子发给Alice；Alice判断通信信道是否安全，读取Bob和Charlie联合所进行的编码操作。本专利技术利用单光子轨道角动量编码提高了量子秘密共享方案的通信容量和频谱效率，不需要多组分纠缠光子态。【IPC分类】H04L9-08【公开号】CN104821875【申请号】CN201510250391【专利技术人】王川, 王铁军 【申请人】北京邮电大学【公开日】2015年8月5日【申请日】2015年5月15日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子秘密共享方法，其特征在于，利用轨道角动量量子态编码，实现高容量的量子秘密信息的共享，包括如下步骤：步骤1：进行量子态编码；设高维度量子空间的维度为p，p为大于2的整数；构造量子空间中的轨道角动量相位控制算符参数ω＝ei2π/p；构造量子空间中的轨道角动量大小控制算符构造量子态编码的具体形式，为两组完备的本征量子态，其形式表示为：{|t>,t＝0,1,2,...,p‑1}以及{ψt>}；其中，参数sj＝j+(j+1)+...+(p‑1)，k表示0,1,2,...,p‑1中任意数值；步骤2：进行环形量子秘密共享通信，设通信三方为Alice、Bob和Charlie，其中Alice将光子序列发送给Bob，Bob经过编码操作以后发送给Charlie，Charlie编码操作以后发送给Alice；通信开始前，预先选定维度空间p，具体通信过程包括步骤2.1～步骤2.4；步骤2.1：Alice随机地制备一组光子序列，其内每个光子的轨道角动量状态随机处在本征量子态空间{|t>,t＝0,1,2,...,p‑1}或者{|ψt>}中；Alice将制备的光子序列发送给Bob；步骤2.2：Bob接收到光子序列后，从该光子序列中随机地选出一部分光子作为校验光子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子；Bob对校验光子随机在或/和空间进行测量，得到校验光子的轨道角动量状态；然后Bob对待编码光子随机进行编码操作，将编码完成的光子发送给Charlie；Bob在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，具体是：对待编码光子的轨道角动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取或者进行操作，利用操作编码逻辑比特0，利用操作编码逻辑比特h，其中为单位矩阵，h的取值范围为(1,2,...,p‑1)；步骤2.3：Charlie在接收到Bob编码后的光子序列后，从该光子序列中随机选出一部分作为校验光子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子；Charlie对校验光子随机在或/和空间进行测量；然后Charlie对待编码光子随机进行编码操作，将编码完成的光子发送给Alice；Charlie在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，对待编码光子的轨道角动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取或者进行操作，利用操作编码逻辑比特0，利用操作编码逻辑比特h；步骤2.4：Alice接收到光子序列后，分别和Bob、Charlie通过公开信道比对校验光子的位置、测量基和测量结果，判断比特误码率是否低于通信信道的安全阈值，若是，则通信信道是安全的，否则通信信道不安全；通信信道安全时，Alice对比光子轨道角动量的初始状态和最终状态，读取Bob和Charlie联合所进行的编码操作，Alice的密钥是Bob和Charlie的编码密钥的乘积；通信信道不安全时，停止通信。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王川，王铁军，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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