一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，采用发送一个粒子给接收方的方法，通过减少量子信道中传输的粒子数来提高通信的传输效率；通信过程中发送方保留3个粒子，利用一个量子态编码3bit的信息，因此提高了编码容量，增加了通信双方交换的信息比特数，使传输效率提高到60％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法
本专利技术属于量子安全通信领域，涉及一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法。
技术介绍
量子信息包含量子通信和量子计算两个研究方向，近二十年来量子通信飞速发展，为保密通信系统提供了一种新的思路。量子安全直接通信是一种新的量子通信形式，它利用量子信道直接传输秘密信息，通信双方不需要提前建立密钥。现有的基于五粒子簇态和量子一次一密的受控量子安全直接通信协议，发送方自己保留2个粒子，然后给接收方发送两个粒子，给控制方发送了一个粒子，因此一个态只能编码2bit信息。量子通信传输效率与使用的量子比特数有关，通信中使用的量子比特数越大，传输效率就越低，所以该协议的传输效率较低为40％。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，该方法有效提高量子通信的传输效率。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，包括以下步骤：步骤1，发送方Alice利用n个五粒子态|ψ>12345形成一个序列S，序列S中的每个五粒子态均包括五个粒子，该五个粒子分别为粒子A1、粒子A2、粒子A3、粒子A4和粒子A5；步骤2，从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A1，形成序列S1；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A2，形成序列S2；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A3，形成序列S3；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A4，形成序列S4；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A5，形成序列S5；步骤3，发送方Alice分别发送序列S4和序列S5给接收方Bob和控制方Charlie，发送方Alice自身保留序列S1，S2和S3；步骤4，发送方Alice判断是否存在窃听者Eve，若存在，则执行步骤5，否则，放弃此次通信；步骤5，发送方Alice从序列S1，S2和S3中分别选取序号相同的粒子A1、粒子A2和粒子A3进行联合GHZ测量，得到n个GHZ测量结果；控制方Charlie对序列S5中的每个粒子A5执行单粒子测量，得到n个单粒子测量结果；接收方Bob对序列S4中的每个粒子A4执行幺正操作处理，得到n个幺正操作处理结果；n个GHZ测量结果包括8种GHZ态，n个单粒子测量结果包括两种粒子A5的状态，n个幺正操作处理结果包括8种粒子A4的状态；步骤6：获取GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系；步骤7，发送方Alice对n个GHZ测量结果按照编码规则进行编码得到n个编码结果，n个编码结果形成序列SA；步骤8，发送方Alice将要发送的信息序列M与序列SA进行异或运算，得到序列SB；发送方Alice公开序列SB的值，接收方Bob获取序列SB的值；步骤9，控制方Charlie将n个单粒子测量结果发送给接收方Bob，接收方Bob根据n个单粒子测量结果和n个幺正操作处理结果，以及GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系，获取n个GHZ测量结果；接收方Bob根据n个GHZ测量结果以及编码规则得到序列SA；接收方Bob将序列SA和序列SB进行异或运算得到信息序列M。可选地，所述步骤4中的判断是否存在窃听者Eve，采用的方法如下：发送方Alice选择四个量子态{|0>,1>,+>,|-}中的任意一个，将其作为诱骗光子分别插入序列S4和序列S5中，发送方Alice记录诱骗光子的位置与初始态，并将诱骗光子的位置与初始态通知给接收方Bob和控制方Charlie；接收方Bob和控制方Charlie分别选取Z基{|0>,|1>}或X基{|+>,|-}中的一个测量诱骗光子，分别得到测量后的诱骗光子的状态；发送方Alice将接收方Bob和控制方Charlie测量得到的测量后的诱骗光子的状态与诱骗光子的初始态进行比较，若接收方Bob和控制方Charlie测量得到的测量后的诱骗光子的状态中存在与诱骗光子的初始态不一致的状态，则存在窃听者Eve，否则不存在窃听者Eve。可选地，所述接收方Bob和控制方Charlie分别选取Z基{|0>,|1>}或X基{|+>,|-}中的一个测量诱骗光子，选取方法如下：若诱骗光子的初始态为|0>或|1>，则使用Z基{0>,|1>}测量，若诱骗光子的初始态为|+>或|->，则使用X基{+>,|->}来测量。可选地，所述步骤6中获取的GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系如下：粒子A4的状态为(α|0>+β|1>)4，若粒子A5的状态为05，则GHZ态为若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(α|1>+β0>)4，若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(α|0>-β|1>)4，若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(α|1>-β|0>)4，若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(-α|0>-β|1>)4，若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(-α|1>-β|0>)4，若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(-α|0>+β|1>)4，若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为粒子A4的状态为(-α|1>+β|0>)4，若粒子A5的状态为|1>5，则GHZ态为若粒子A5的状态为|0>5，则GHZ态为其中，α与β的关系满足α2+β2＝1。可选地，所述步骤7中的编码规则如下：当GHZ测量结果为时，编码结果为000；当GHZ测量结果为时，编码结果为001；当GHZ测量结果为时，编码结果为010；当GHZ测量结果为时，编码结果为011；当GHZ测量结果为时，编码结果为100；当GHZ测量结果为时，编码结果为101；当GHZ测量结果为时，编码结果为110；当GHZ测量结果为时，编码结果为111。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1.本专利技术发送一个粒子给接收方，通过减少量子信道中传输的粒子数来提高通信的传输效率。2.通信过程中发送方保留3个粒子，利用一个量子态编码3bit的信息，因此提高了编码容量，增加了通信双方交换的信息比特数，提高了传输效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，发送方Alice利用n个五粒子态|ψ＞12345形成一个序列S，序列S中的每个五粒子态均包括五个粒子，该五个粒子分别为粒子A1、粒子A2、粒子A3、粒子A4和粒子A5；步骤2，从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A1，形成序列S1；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A2，形成序列S2；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A3，形成序列S3；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A4，形成序列S4；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A5，形成序列S5；步骤3，发送方Alice分别发送序列S4和序列S5给接收方Bob和控制方Charlie，发送方Alice自身保留序列S1，S2和S3；步骤4，发送方Alice判断是否存在窃听者Eve，若存在，则执行步骤5，否则，放弃此次通信；步骤5，发送方Alice从序列S1，S2和S3中分别选取序号相同的粒子A1、粒子A2和粒子A3进行联合GHZ测量，得到n个GHZ测量结果；控制方Charlie对序列S5中的每个粒子A5执行单粒子测量，得到n个单粒子测量结果；接收方Bob对序列S4中的每个粒子A4执行幺正操作处理，得到n个幺正操作处理结果；n个GHZ测量结果包括8种GHZ态，n个单粒子测量结果包括两种粒子A5的状态，n个幺正操作处理结果包括8种粒子A4的状态；步骤6：获取GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系；步骤7，发送方Alice对n个GHZ测量结果按照编码规则进行编码得到n个编码结果，n个编码结果形成序列SA；步骤8，发送方Alice将要发送的信息序列M与序列SA进行异或运算，得到序列SB；发送方Alice公开序列SB的值，接收方Bob获取序列SB的值；步骤9，控制方Charlie将n个单粒子测量结果发送给接收方Bob，接收方Bob根据n个单粒子测量结果和n个幺正操作处理结果，以及GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系，获取n个GHZ测量结果；接收方Bob根据n个GHZ测量结果以及编码规则得到序列SA；接收方Bob将序列SA和序列SB进行异或运算得到信息序列M。...

【技术特征摘要】
1.一种基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，发送方Alice利用n个五粒子态|ψ＞12345形成一个序列S，序列S中的每个五粒子态均包括五个粒子，该五个粒子分别为粒子A1、粒子A2、粒子A3、粒子A4和粒子A5；步骤2，从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A1，形成序列S1；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A2，形成序列S2；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A3，形成序列S3；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A4，形成序列S4；从序列S中的每个五粒子态中提取粒子A5，形成序列S5；步骤3，发送方Alice分别发送序列S4和序列S5给接收方Bob和控制方Charlie，发送方Alice自身保留序列S1，S2和S3；步骤4，发送方Alice判断是否存在窃听者Eve，若存在，则执行步骤5，否则，放弃此次通信；步骤5，发送方Alice从序列S1，S2和S3中分别选取序号相同的粒子A1、粒子A2和粒子A3进行联合GHZ测量，得到n个GHZ测量结果；控制方Charlie对序列S5中的每个粒子A5执行单粒子测量，得到n个单粒子测量结果；接收方Bob对序列S4中的每个粒子A4执行幺正操作处理，得到n个幺正操作处理结果；n个GHZ测量结果包括8种GHZ态，n个单粒子测量结果包括两种粒子A5的状态，n个幺正操作处理结果包括8种粒子A4的状态；步骤6：获取GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系；步骤7，发送方Alice对n个GHZ测量结果按照编码规则进行编码得到n个编码结果，n个编码结果形成序列SA；步骤8，发送方Alice将要发送的信息序列M与序列SA进行异或运算，得到序列SB；发送方Alice公开序列SB的值，接收方Bob获取序列SB的值；步骤9，控制方Charlie将n个单粒子测量结果发送给接收方Bob，接收方Bob根据n个单粒子测量结果和n个幺正操作处理结果，以及GHZ态、粒子A5的状态和粒子A4的状态之间存在的对应关系，获取n个GHZ测量结果；接收方Bob根据n个GHZ测量结果以及编码规则得到序列SA；接收方Bob将序列SA和序列SB进行异或运算得到信息序列M。2.如权利要求1所述的基于五粒子的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，所述步骤4中的判断是否存在窃听者Eve，采用的方法如下：发送方Alice选择四个量子态{|0＞,|1＞,|+＞,|-＞}中的任意一个，将其作为诱骗光子分别插入序列S4和序列S5中，发送方Alice记录诱骗光子的位置与初始态，并将诱骗光子的位置与初始态通知给接收方Bob和控制方Charlie；接收方Bob和控制方Charlie分别选取Z基{|0＞,|1＞}或X基{|+＞,|-＞}中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹正文，李艳，彭进业，柴庚，冯亚萍，曾贵华，贺晨，王真，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61