基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài)的抗集體退相位噪聲魯棒量子對話協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài)的抗集體退相位噪聲魯棒量子對話協(xié)議。在本發(fā)明協(xié)議中，每個由四物理量子比特構(gòu)成的四個邏輯Bell態(tài)被用于對抗集體退相位噪聲。信息泄露問題通過從一個通信方向另一個通信方直接兩步傳送輔助邏輯Bell態(tài)來克服。Bell態(tài)測量而非四量子比特聯(lián)合測量被用于解碼。本發(fā)明協(xié)議對竊聽者的主動攻擊，如截獲-重發(fā)攻擊、測量-重發(fā)攻擊、糾纏-測量攻擊和木馬攻擊，具有良好的安全性。
【專利說明】基于一個共享輔助邏輯Bel I態(tài)的抗集體退相位噪聲魯棒 量子對話協(xié)議

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及量子安全通信領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計一種基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài) 的抗集體退相位噪聲魯棒量子對話協(xié)議，同時解決量子對話的抗信息泄露和抗噪聲干擾問 題。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，量子安全直接通信（Quantum Secure Direct Communication，QSDC) [1-6]能夠利用量子信號從一個發(fā)送者向一個接收者直接傳送秘密信息。最近，特殊的注 意力已經(jīng)被集中在一種新穎的被稱之為量子對話（Quantum Dialogue, QD)的QSDC。QD在 2004年首次被Zhang等[7-8]和Nguyen [9]提出。不同于單向QSDC，在QD中，通信者同時 扮演了發(fā)送者和接收者的角色。不容置疑的是，與單向QSDC相比，QD更接近于實際生活。 直到現(xiàn)在，許多QD協(xié)議[7-19]已經(jīng)被提出以至于QD發(fā)展迅速。
[0003] 對于量子保密通信，通信安全性和實用性是它的兩個主要焦點。QD也不例外。在 QD的通信安全性上，Gao等[20-21]在2008年發(fā)現(xiàn)QD總是存在信息泄露問題。事實上， QD中信息泄露問題的產(chǎn)生可被歸因于Tan和Cai [22]在2008年發(fā)現(xiàn)的經(jīng)典相關(guān)現(xiàn)象。自 從那時起，特殊的注意力已經(jīng)被集中在解決QD的信息泄露問題。這樣，幾種方法已經(jīng)被提 出用于克服它，如Bell態(tài)的相關(guān)提取性[23]、兩個Bell態(tài)之間糾纏交換后的測量相關(guān)性 [24]、直接傳送輔助量子態(tài)[25-28]和量子加密共享[29]。在QD的實用性上，噪聲的影響 應當被考慮，因為光纖雙折射的波動導致光子不可避免地被干擾。通常，信道噪聲被視為集 體噪聲。其原因在于：光子在一個比噪聲變化還快的時間窗里傳輸，將受同樣的噪聲影響。 [30-31]因為無消相干（Decoherence-Free，DF)態(tài)[30-40]幾乎不受集體噪聲影響，它們 在對抗集體噪聲上備受稱譽。特別是，DF態(tài)也已經(jīng)被引入到QD以使QD能夠在集體噪聲信 道上工作。例如，在2013年，Yang和Hwang[39]利用兩個兩量子比特DF態(tài)的乘積態(tài)來構(gòu) 建兩個抗集體噪聲的無信息泄露QD協(xié)議。在2014年，Ye [40]利用兩量子比特DF態(tài)提出 兩個抗集體噪聲的無信息泄露QD協(xié)議。
[0004] 本發(fā)明利用邏輯Bell態(tài)（即四量子比特DF態(tài)）提出一種抵抗集體退相位噪聲 的魯棒QD協(xié)議。信息泄露問題通過從一個通信方向另一個通信方直接兩步傳送輔助邏輯 Bell態(tài)來克服。Bell態(tài)測量而非四量子比特聯(lián)合測量被用于解碼。抵抗竊聽者主動攻擊 (如截獲-重發(fā)攻擊、測量-重發(fā)攻擊、糾纏-測量攻擊和木馬攻擊）的有效性能夠得到保 證。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0052] 本發(fā)明的目的是設(shè)計一種基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài)的抗集體退相位噪聲魯 棒QD協(xié)議，同時解決QD的抗信息泄露和抗噪聲干擾問題。
[0053] -種基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài)的抗集體退相位噪聲魯棒QD協(xié)議，共包括以 下五個過程：
[0054] SI) Alice對傳輸量子態(tài)的制備和對第一次竊聽檢測的準備。Alice產(chǎn)生一個由2N 個邏輯Bell態(tài)組成的傳輸量子態(tài)序列，即S = {(Αρ ，（A2, B 2)，…，（At，Bt)，…（A2N， B2N)}，其中At和Bt (t = 1，2,…，2N)分別為第t個邏輯Bell態(tài)的第1和第2個邏輯量子比 特。而且，Alice事先使每兩個相鄰的邏輯Bell態(tài)和（Α 2η，Β2η) (η = 1，2,…， Ν)處于相同的量子態(tài)（隨機處于四個量子態(tài)

【權(quán)利要求】
1. 一種基于一個共享輔助邏輯Bell態(tài)的抗集體退相位噪聲魯棒量子對話協(xié)議，利用 每個由四物理量子比特構(gòu)成的四個邏輯Bell態(tài)對抗集體退相位噪聲；通過從一個通信方 向另一個通信方直接兩步傳送輔助邏輯Bell態(tài)來克服信息泄露問題；利用Bell態(tài)測量而 非四量子比特聯(lián)合測量進行解碼；對竊聽者的主動攻擊，如截獲-重發(fā)攻擊、測量-重發(fā)攻 擊、糾纏-測量攻擊和木馬攻擊，具有良好的安全性；共包括以下五個過程： 51. Alice對傳輸量子態(tài)的制備和對第一次竊聽檢測的準備：A1 ice產(chǎn)生一個由2N個邏 輯Bell態(tài)組成的傳輸量子態(tài)序列，即S = {(A。BD，（A2, B2)，…，（At，Bt)，…（A2N，B 2N)}， 其中At和Bt (t = 1，2, ···，2N)分別為第t個邏輯Bell態(tài)的第1和第2個邏輯量子比特； 而且，Alice事先使每兩個相鄰的邏輯Bell態(tài)和（Α 2η，Β2η) (η = 1，2，"·，Ν)處 于相同的量子態(tài)（隨機處于四個量子態(tài)
；Alice從每 個邏輯Bell態(tài)挑選出第1個邏輯量子比特來組成一個新的序列SA = {&，A 2，…，A2N_i，A 2N}，剩余的邏輯量子比特構(gòu)成另一個新的序列SB= ，…，;為了竊聽檢測， Alice制備足夠的隨機處于四個量子態(tài){|〇dp>，|ldp>，|+dp>，|- dp>}之一的誘騙邏輯量子比 特；然后，Alice將它們與SB隨機地混合來構(gòu)成一個新序列S' B ;最后，Alice將S' b發(fā)送 給Bob，并將SA保留在自己手中； 52) 第一次竊聽檢測：在Alice確認Bob成功收到后，他們開始公開討論；Alice向Bob 公開那些誘騙邏輯量子比特的位置和制備基；然后，Bob用Alice告訴的基測量那些誘騙邏 輯量子比特，并向Alice宣布他的測量結(jié)果；Alice能容易地通過比較那些誘騙邏輯量子比 特的初態(tài)和Bob對它們的測量結(jié)果估計出錯誤率；如果錯誤率不合理地高，通信被放棄，否 貝1J，通信被繼續(xù)； 53. Alice的編碼和對第二次竊聽檢測的準備：根據(jù)她的兩比特秘密信息（in， jn)，Alice對邏輯量子比特^^施加復合酉操作〇"進行編碼；相應地，心被轉(zhuǎn)變?yōu)?br> ;為了竊聽檢測，Alice制備 足夠的隨機處于四個量子態(tài){|〇dp>，|ldp>，|+dp>，|_ dp>}之一的誘騙邏輯量子比特，并將它們 與S' a隨機混合來構(gòu)成一個新序列S" A;然后，Alice將S" a傳送給Bob; 54) 第二次竊聽檢測：在Alice確認Bob成功收到后，他們執(zhí)行與第一次竊聽檢測一樣 的公開討論； 55. Bob的編碼和他們的解碼：Bob分別丟棄S' B和S" 4中所有的誘騙邏輯量子比特； 這樣，S' B和S" a被分別改變?yōu)镾B和S' A;然后，根據(jù)他的兩比特秘密信息（kn，ln)，Bob對 S' a中的邏輯量子比特^\7"為《-1施加復合酉操作進行編碼；相應地，V ^被轉(zhuǎn)變?yōu)?br> ;在手上擁 有兩個序列SB和S" ' Α后，Bob按順序從每個序列挑選出一個邏輯量子比特，并將兩個相 鄰的邏輯Bell態(tài)保存為一組；也就是說，第η組為
對于第η組的每個邏輯Bell態(tài)，Bob對第一和第三個量子比特、第二和第四個量子比特施 加兩個Bell態(tài)測量；然后，Bob公開他對第一個邏輯Bell態(tài)的測量結(jié)果；根據(jù)Bob的公布 和她的復合酉操作〇,^，Alice能夠解碼出Bob的兩比特秘密信息，既然她自己制備（A2lri， B2lri);類似地，Bob能讀出Alice的兩比特秘密信息，因為他從對（A2n，B 2n)的測量知道 (Α^,Β^)的初態(tài)。
【文檔編號】H04L29/06GK104104498SQ201410355955
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】葉天語 申請人:浙江工商大學