基于Brown态的受控量子对话方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Brown态的受控量子对话方法。本发明专利技术涉及一种基于Brown态的受控量子对话方法，通信双方Alice、Bob，借助单比特幺正操作将待传信息编码至与控制方Cindy共享的Brown态量子信道中，接着控制方Cindy对其所拥有的粒子做单比特测量，最后Alice与Bob根据Cindy的测量结果和纠缠交换技术解码出对方的信息，实现了容量为4n‑bit的量子对话。本发明专利技术有益效果：(1)基于控制方Cindy的测量结果，通信双方将会使用两种可能的解码方式来获取对方的信息，故本方案可更好地监控对话过程，提高了通信的安全性；(2)本方案可重复使用Brown态，有效地降低了量子资源损耗。

Controlled quantum dialogue method based on brown state

【技术实现步骤摘要】
基于Brown态的受控量子对话方法
本专利技术涉及量子通信安全领域，具体涉及一种基于Brown态的受控量子对话方法。
技术介绍
目前纠缠作为量子信息和量子计算中重要的资源，帮助完成了很多量子通信任务，如量子隐形传送(QT)、量子秘密共享(QSS)、量子密钥分发(QKD)、量子对话(QD)等等。2004年,Nguyen概述了第一个量子对话协议，即两个用户Alice和Bob可以同时交换它们的秘密信息。此后，研究人员基于不同量子态提出了各种量子对话协议。不幸的是，2008年，Gao等人指出之前的大多数量子对话协议存在着“信息泄露”问题。最近,一个新的通信方式：受控量子对话(CQD)被提出，该方式中的两通信方至少引入一个控制方来监管对话的过程，以解决“信息泄露”的问题。其用户中有一个控制方来监管通信。2006年，Man等人的使用了Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态和密集编码并在控制方的的帮助下实现量子对话控制器。2013年,Ye等人指出，Man等人的协议存在信息问题并给出了两种基于GHZ状态和EPR对的改进方案规避了这个问题。2015年，Chang等人的表明Ye的协议是可以被拦截和重发攻击的，并通过应用EPR态提供了一个改进的协议。在2016年，Kao等人的指出，之前的一些CQD协议仍然存在易受内部参与者的合谋攻击，并提出了改进的协议实例CQD。随后，在2017年，Kao等人又提出了一个基于4比特团簇态的安全高效CQD协议。传统技术存在以下技术问题：然而，目前大多数的CQD协议中都是通过控制方先对信道中的粒子施加酉操作，通信方在控制方帮助下解除控制方施加的操作来对对话进行监控。这种控制方式过于繁琐，且仅仅用来解锁量子对话的进程，没有更好地监控对话的过程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于Brown态的受控量子对话方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了本专利技术系统中包含通信双方Alice与Bob，他们与控制方Cindy之间事先共享着一个m-bit的密钥K＝{0,1}m，1≤m≤n，Alice与Bob均携带2n-bit信息，欲发送给对方；现Cindy制备n个相同的高度纠缠的多粒子Brown态作为量子信道。随后Alice借助CNOT门对信道进行调制，并对n个Brown态进行粒子序列分配，得到SA、SB、SC。接着Alice制备两个m粒子的诱骗光子序列SK1、SK2,并根据密钥K的排列顺序分别将其插入SA、SB中，形成S'A,S'B；Cindy将S'A和S'B分别发送给Alice与Bob，若Alice与Bob能根据密钥K识别出诱骗光子序列SK1、SK2，则信道是安全的，通信继续，Alice与Bob可分别得到粒子序列SA、SB,此时Cindy对序列SC中的每一粒子执行一次单比特测量。Alice与Bob得到序列SA、SB后，他们利用密集编码分别在序列SA、SB上编码自己2n-bit信息，得到SAU、SBU。若此时Cindy允许他们通信，Cindy将公布他的测量结果。Alice与Bob接收到控制方的测量结果后，分别对其序列SA、SB中的每一对粒子执行Bell测量，并公布测量结果。最后，Alice与Bob可根据3方的测量结果与纠缠交换原理推断出对方的秘密信息，完成一次量子对话过程。具体实现过程如下：(1)系统初始化。通信双方为Alice与Bob，他们分别持有2n-bit信息MA＝{0，1}2n、MB＝{0，1}2n，并欲发送给对方，且他们与控制方Cindy事先共享着一个m-bit的密钥K＝{0,1}m，1≤m≤n。现Cindy制备n个相同的Brown态作为量子信道，其形式为其中为Bell对，i＝1、2、…、n。随后Cindy对粒子B1i，B2i执行一次CNOT操作，Brown态将转变为最后Cindy将信道中所有粒子划分为三个有序的粒子序列SA、SB、SC:SA＝{A11,A21,…,A1n,A2n}，SA＝{B11,B21,…,B1n,B2n}，SC＝{C1,C2,…,Cn}。(2)安全检测与编码。现Cindy制备两个m粒子的诱骗光子序列SK1,SK2，其中每一粒子为随机的4种量子态{|0>,|1>,|+>,|->}。接着根据密钥K中的排列顺序，Alice将SK1插入到SA中，形成S'A。插入规则为：如果密钥K中第r(r取1、2、3、…、m)比特为0，Alice将SK1中第r个粒子插入到粒子A1r的前面；反之，Alice将SK1中第r个粒子插入到粒子A1r的后面。类似地，Cindy将SK2插入到SB中，形成S'B。然后Cindy分别将S'A，S'B发送给Alice与Bob，并公布诱骗光子序列的基底。Alice与Bob接收到S'A，S'B后，根据密钥K分别从中找出诱骗光子的所在位置。随后Alice与Bob使用Cindy宣布的基底分别对SK1,SK2中的每一个粒子进行测量，并通过经典信道公布测量结果。Cindy根据他们的测量结果计算其错误率，如果错误率低于阈值，量子信道是安全的，通信继续，Alice与Bob可得到序列SA与SB，此时Cindy将对序列SC中的每一粒子Ci执行一次基为{|0>，|1>}的单比特测量；否则通信停止。(3)编码与控制方的准许。Alice得到序列SA后，他根据自己所拥有的信息MA的排列顺序，对于SA中的每一粒子A1i，执行一次酉操作(I、Z、X、XZ中相应的一种，依次对应于经典信息中的00、01、10、11)，i取1、2、…、n。所有的酉操作完成后，Alice将2n-bit信息MA编码至序列SA中，得到新的序列SAU，并向Cindy请求允许通信。同理，Bob得到序列SB后，他可通过对序列SB中的每一粒子B2i执行一次操作，将其2n-bit信息MA编码至序列SB中，得到SBU，并向Cindy请求允许通信。此时信道中的序列SAU、SBU,SC形成了新的n个有序的终态：待收到通信双方的通信请求后，若控制方Cindy允许Alice与Bob通信，他将通过经典信道公布其步骤(2)中测量结果。(4)解码。现Alice与Bob分别对序列SAU、SBU中的每一对粒子A1i、A2i与B1i、B2i执行一次Bell测量，并公布他们的测量结果。最后Alice与Bob根据控制方Cindy和他们自己的测量结果与纠缠交换的原理以及自己所执行的酉操作推断出对方的2n-bit信息，由此完成了容量为4n-bit的量子对话。本专利技术的有益效果：本专利技术采用易制备的高度纠缠的Brown态作为量子信道，且仅采用简单成熟的量子技术：CNOT操作、Pauli矩阵，单比特测量、Bell基测量，具有一定的可行性。基于控制方Cindy的测量结果，通信双方将会使用两种可能的解码方式来获取对方的信息，本方案可更好的控制对话过程，提高了通信的安全性。此外，本方案可重复使用Brown态，有效的降低了量子资源损耗。附图说明图1是本专利技术基于Brown态的受控量子对话方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Brown态的受控量子对话方法，其特征在于，包括：/n(1)系统初始化：通信双方为Alice与Bob，它们分别持有2n-bit信息M

【技术特征摘要】
1.一种基于Brown态的受控量子对话方法，其特征在于，包括：
(1)系统初始化：通信双方为Alice与Bob，它们分别持有2n-bit信息MA＝{0，1}2n、MB＝{0，1}2n，并欲发送给对方，且它们与控制方Cindy事先共享着一个m-bit的密钥K＝{0,1}m，1≤m≤n；现Cindy制备n个相同的Brown态作为量子信道，其形式为



其中为Bell基，i＝1、2、…、n；随后Cindy对粒子B1i，B2i执行一次CNOT操作，Brown态将转变为



最后Cindy将信道中所有粒子划分为三个有序的粒子序列SA、SB、SC:SA＝{A11,A21,…,A1n,A2n}，SA＝{B11,B21,…,B1n,B2n}，SC＝{C1,C2,…,Cn}；
(2)安全检测与编码：现Cindy制备两个m粒子的诱骗光子序列SK1,SK2，其中每一粒子为随机的4种量子态{|0>,|1>,|+>,|->}；
接着根据密钥K中的排列顺序，Alice将SK1插入到SA中，形成S'A；插入规则为：如果密钥K中第r(r取1、2、3、…、m)比特为0，Alice将SK1中第r个粒子插入到粒子A1r的前面；反之，Alice将SK1中第r个粒子插入到粒子A1r的后面；类似地，Cindy将SK2插入到SB中，形成S'B；
然后Cindy分别将S'A，S'B发送给Alice与Bob，并公布诱骗光子序列的基底；Alice与Bob接收到S'A，S'B后，根据密钥K分别从中找出诱骗光子的所在位置；随后Alice与Bob使用Cindy宣布的基底分别对SK1,SK2中的每一个粒子进行测量，并通过经典信道公布测量结果；Cindy根据它们的测量结果计算其错误率，如果错误率低于阈值，量子信道是安全的，通信继续，Alice与Bob可得到序列SA与SB，此时Cindy将对序列SC中的每一粒子Ci执行一次基为{|0>，|1>}的单比特测量；否则通信停止；
(3)编码与控制方的准许：Alice得到序列SA后，它根据自己所拥有的信息MA的排列顺序，对于SA中的每一粒子A1i，执行一次酉操作(I、Z、X、XZ4种酉操作中相应的一种，依次对应于经典信息中的00、01、10、11，其中I、Z、X为三种基本量子门操作，XZ为先执行Z基本量子门操作后执行X基本量子门操作)，i取1、2、…、n；所有的酉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华阳，姜敏，张佳慧，刘芹，许智航，黄旭，周刘蕾，陈虹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32