一种基于超纠缠辅助的一步设备无关量子安全直接通信方法技术

一种基于超纠缠辅助的一步设备无关量子安全直接通信方法，接收端制备超纠缠双光子对，拆为两条序列，并随机选取安全性检测光子对；接收端将其中一条序列发给发送端；接收端公布安全性检测光子对位置，双方进行设备无关安全性检测。若安全性检测通过，发送端对剩余超纠缠光子在极化自由度进行编码操作。双方实施非局域贝尔态测量，发送端公布测量结果。接收端根据双方测量结果区分极化自由度的四种贝尔态，读取发送端传递的秘密信息，实现量子通信。本方法能够抵御所有来自不完美设备端的攻击，增强通信安全性；只需要传输一轮光子，简化操作，降低信息丢失，延长安全通信距离；对推动DI

【技术实现步骤摘要】
一种基于超纠缠辅助的一步设备无关量子安全直接通信方法


[0001]本专利技术属于量子通信
，具体涉及一种基于超纠缠辅助的设备无关量子安全直接通信方法。

技术介绍

[0002]量子通信是利用量子力学的基本原理来进行信息传递的方式。量子通信的安全性基于量子力学基本原理，包括不可克隆定理，纠缠的非定域性，不确定关系等。任何窃听者的窃听行为将破坏发送粒子的状态，从而可被通信方发现。因此，量子通信具有绝对安全性，这是量子通信区别于经典通信的最大优势。
[0003]量子安全直接通信(QSDC)是量子通信的重要分支。QSDC无需密钥，可直接通过量子信道传输秘密信息。QSDC在理想条件下具有绝对安全性，然而，与其他量子通信方案类似，在实际不完美实验条件下，QSDC存在安全漏洞，窃听者利用安全漏洞可以窃听到传输的秘密信息而不被发现。第一个设备无关量子安全直接通信(DI
‑
QSDC)于2020年提出，DI
‑
QSDC可将所有设备视为黑匣子，不关心匣子里的具体运行过程，只通过黑匣子的经典输入输出值违背贝尔不等式来保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超纠缠辅助的设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：信息接收端Bob制备大量相同的用于量子通信的空间(s)
‑
极化(p)超纠缠双光子对，并随机选取一部分光子对作为安全性检测光子对，Bob将每对超纠缠光子对拆分为两条光子序列，其中每条序列包含超纠缠光子对中的一个光子，Bob将其中一条光子序列中的所有光子通过量子信道发送给信息发送端Alice；步骤2：信息发送端Alice接收到光子后，告知接收端Bob，Bob公布安全性检测光子对的位置；步骤3：对于每一个安全性检测光子对，发送端Alice和接收端Bob在两个自由度上随机地从测量基中选择一组对各自手中的光子进行测量，测量完成后，双方公布每个安全性检测光子在两个自由度上的测量基选择和测量结果，用于估算CHSH多项式S的值；若有其中一个或两个自由度的S值小于2，则说明光子传输过程不安全，通信终止；若两个自由度的S的值均大于2，则说明光子传输过程安全，通信继续；步骤4：发送端Alice对手中剩下的超纠缠光子在极化自由度上进行编码操作；步骤5：编码完成后，Alice和Bob对手中的光子进行非局域极化完全贝尔态测量；测量完成后，Alice公布其位置处的探测器响应情况；步骤6：接收端Bob根据Alice和自己位置处的探测器响应情况，推测出双方在极化自由度上共享的量子态，从而得到发送端Alice的编码操作信息，实现发送端Alice与接收端Bob间的量子通信。2.根据权利要求1所述的一种基于超纠缠辅助的设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于：步骤1中，信息接收端Bob制备处于的空间极化超纠缠光子对，其中和分别属于极化和空间的四个贝尔态之一：分别属于极化和空间的四个贝尔态之一：其中，H,V代表光子的水平极化和垂直极化，b1、b2、b1’
、b2’
代表Bob处不同的空间模式。Bob随机选取一部分光子对作为安全性检测光子对，并将每个超纠缠光子中的一个光子发送给信息发射端Alice。3.根据权利要求1所述的一种基于超纠缠辅助的设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于：步骤2中，信息发射端Alice接收到光子后，采用量子存储器存储接收到光子，并采用经典通信方式告知Bob已经接收到光子。4.根据权利要求1所述的一种基于超纠缠辅助的设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于：步骤3包括如下步骤：步骤3
‑
1，Alice和Bob分别随机选择测量基对各自手中的安全性检测光子进行测量；其中，在极化和空间自由度上，Alice均有四组测量基，包括：A0＝σ
z
,A3＝σ
x
Bob均有两组测量基，包括B1＝A0,B2＝A3，其中，σ
z
和σ
x
为泡利矩阵：双方在所有测量基下的测量结果为+1或
‑
1；如果一方的光子丢失，则测量结果随机地记为+1或
‑
1；双方与测量基对应的测量结果分别记为A'＝{A0',A1',A2',A3'}，B'＝{B1',B2'}；步骤3
‑
2，双方公布每个安全性检测光子对在两个自由度上的测量基选择和测量结果，分四种情况；第一种情况，在任一自由度上，当Alice选择A1或A2测量基时，Alice和Bob的测量结果用于估算该自由度上的CHSH多项式的值：S
p
＝<A
1p
'B
1p
'>+<A
1p
'B
2p
'>+<A
2p
'B
1p
'>
‑
<A
2p
'B
2p
'>,S
s
＝<A
1s
'B
1s
'>+<A
1s
'B
2s
'>+<A
2s
'B
1s
'>
‑
<A
2s
'B
2s
'>.其中，<A
ip(s)
'B
jp(s)
'>＝P(A
ip(s)
'＝B
jp(s)
'|ij)
‑
P(A
ip(s)
'≠B
jp(s)
'|ij)，表示当Alice和Bob选择A
i
和B
j
测量基时得到的测量结果相同的概率减去测量结果不同的概率；第二种情况，在任一自由度上，当Alice选择A0而Bob选择B1测量基时，双方的测量结果用于估算光子传输过程中造成的比特翻转错误率Q
p(s)1
：Q
p1
＝P(A
0p
'≠B
1p
'...

【专利技术属性】
技术研发人员：周澜，盛宇波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：