基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法技术

本发明专利技术公开了基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法，涉及量子通信技术领域，本发明专利技术为可提取的量子密钥数量

【技术实现步骤摘要】
基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法


[0001]本专利技术涉及量子通信
，尤其是基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法
。

技术介绍

[0002]在传统的通信中，加密的信息往往在传输过程中被窃听者获取并破译，这导致了信息的不安全
。
而量子通信提供了一种前沿的方法来保证安全通信
。
量子密钥分发利用量子力学的特性，实现了一种安全的密码协议通信方式
。
它让通信双方能够生成并共享一个随机的
、
安全的密钥，用来对消息进行加密和解密
。
量子密钥分发最重要且最独特的特点是：如果有人想要监听密钥，通信双方就会发现
。
这是因为量子力学的一个基本原则：对量子系统进行任何测量都会干扰系统
。
监听者必须以某种方式对密钥进行测量，而这些测量会导致可检测到的异常
。
只有当监听者的干扰低于某个水平时，才能生成一个安全的密钥
。
技术上，可以使用熵不确定度关系来量化量子密钥分发的安全性，越强的量子存储下的熵不确定度关系可以产生越高的量子密钥数量，从而表明量子密钥分发具有更高的安全性
。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法，提高了量子密钥数量，提高了量子密钥分发协议的安全性
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：
[0005]基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法，系统
A
和系统
B
通过在公共信道上通信来共享量子密钥，量子密钥对第三方窃听者的系统
E
是秘密的；系统
A、B、E
分别持有各自的量子态
ρ
A
、
ρ
B
、
ρ
E
；
[0006]方法包括以下步骤：
[0007]S1
，系统
A
和系统
B
可提取的量子密钥数量
K
的下界表示为：
[0008][0009]其中，表示系统
A
的两个非对易的可观测量；表示经测量后的系统
A
与系统
E
的条件熵；表示经测量后的系统
A
与系统
B
的条件熵；
K
表示可提取的量子密钥数量，
K..
表示
K
的取值下界；
[0010]S2
，熵不确定度关系为：
[0011][0012]其中，表示对系统
A
进行测量后的系统
A
与系统
B
的条件熵；
[0013]表示两个可观测量即和的最大重叠量，
q
表示可观测量中的第
q
个本征向量，
r
表示可观测量中的第
r
个本征向量，表示遍历和的所有本征
向量以找到最大的向量以找到最大的表示可观测量的本征向量的右矢形式，表示可观测量的本征向量的左矢形式，表示两个可观测量本征向量的内积；
[0014]c
以二为底的对数的负数即
‑
log2c
用符号
q
MU
表示；
[0015]S3
，将熵不确定度关系即式2代入步骤
S1
的可提取的量子密钥数量公式即式1中，得到：
[0016][0017]S4
，根据和得到：
[0018][0019]其中，表示系统
B
的两个非对易的可观测量；表示经测量后的系统
A
与经测量后的系统
B
的条件熵；表示对经测量后的系统
A
与经测量后的系统
B
的条件熵；
[0020]S5
，根据条件熵和
Holevo
量之间的关系即和并代入中，得到：
[0021][0022]其中，和分别表示对系统
A
进行测量和测量后的系统
A
的冯诺依曼熵；均为
Holevo
量，表示经测量后的系统
A
传给系统
E
的信息量的上限，表示经测量后的系统
A
传给系统
B
的信息量的上限；
S(A)
表示系统
A
的冯诺依曼熵，
S(A)
＝
Tr(
ρ
A
log
ρ
A
)
，
Tr
表示对
(
ρ
A
log
ρ
A
)
进行求迹；
[0023]S6
，将互信息的定义即
I(A:B)
＝
S(A)
‑
S(A|B)
和
I(A:E)
＝
S(A)
‑
S(A|E)
，代入步骤
S5
的式5中，得到：
[0024][0025]其中，
I(A:B)、I(A:E)
均为互信息，
I(A:B)
表示系统
A
和系统
B
之间的关联程度，
I(A:E)
表示系统
A
和系统
E
之间的关联程度；
S(A|E)
表示系统
A
和系统
E
的条件熵，
S(A|B)
表示表示系统
A
和系统
B
的条件熵；
S(A)
表示系统
A
的冯诺依曼熵；
[0026]S7
，将步骤
S6
的式6代入步骤
S1
的可提取的量子密钥数量公式即式1中，同时根据和得到新的可提取的量子密钥数量的下界：
[0027][0028]S8
，根据步骤
S7
的新的可提取的量子密钥数量公式即式7，得到：
[0029][0030][0031]本专利技术的优点在于：
[0032]本专利技术为可提取的量子密钥数量
K
的下界添加了一个非负项得到了新的可提取的量子密钥数量的下界，提高了的下界取值，从而提高了量子密钥的数量，因此本专利技术是能够提高量子密钥分发协议的安全性
。
[0033]本专利技术在可提取的量子密钥数量
K
的下界中添加的非负项中包含
Holevo
量和互信息等物理意义非常明确的项，更清晰地展示了量子通信过程
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于熵不确定度关系优化的量子密钥分发安全增强方法，其特征在于，系统
A
和系统
B
通过在公共信道上通信来共享量子密钥，量子密钥对第三方窃听者的系统
E
是秘密的；系统
A、B、E
分别持有各自的量子态
ρ
A
、
ρ
B
、
ρ
E
；方法包括以下步骤：
S1
，系统
A
和系统
B
可提取的量子密钥数量
K
的下界表示为：其中，表示系统
A
的两个非对易的可观测量；表示经测量后的系统
A
与系统
E
的条件熵；表示经测量后的系统
A
与系统
B
的条件熵；
K
表示可提取的量子密钥数量，
K..
表示
K
的取值下界；
S2
，熵不确定度关系为：其中，表示对系统
A
进行测量后的系统
A
与系统
B
的条件熵；表示两个可观测量即和的最大重叠量，
q
表示可观测量中的第
q
个本征向量，
r
表示可观测量中的第
r
个本征向量，表示遍历和的所有本征向量以找到最大的表示可观测量的本征向量的右矢形式，表示可观测量的本征向量的左矢形式，表示两个可观测量本征向量的内积；
c
以二为底的对数的负数即
‑
log2c
用符号
q
MU
表示；
S3
，将熵不确定度关系即式2代入步骤
S1
的可提取的量子密钥数量公式即式1中，得到：
S4
，根据得到：其中，表示系统
B
的两个非对易的可观测量；表示经测量后的系统
A
与经测量后的系统
B
的条件熵；表示对经测量后的系统
A
与经测量后的系统
B
的条件熵；
S5
，根据条件熵和

【专利技术属性】
技术研发人员：汪国航，王栋，请求不公布姓名，宋学科，王天宇，请求不公布姓名，李丽娟，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安徽大学安徽华典大数据科技有限公司中科智慧苏州科技有限公司中科网安苏州量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：