適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍量子隱寫協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一個適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍量子隱寫協(xié)議。邏輯Bell態(tài)被用于克服集體退相位噪聲。構建在正常量子通信的用于分發(fā)秘密消息的量子隱秘信道是通過對兩個邏輯Bell態(tài)交換糾纏來建立。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)議的信道容量高達4比特每輪隱秘通信，而且其不可見性和安全性都能得到保證。
【專利說明】適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍量子隱寫協(xié)議

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及量子安全通信領域。本發(fā)明設計一種適用于集體退相位噪聲信道的錯 誤容忍量子隱寫協(xié)議，解決量子隱寫協(xié)議實際應用面臨的噪聲干擾問題。

【背景技術】
[0002] 量子安全通信利用量子力學性質來實現(xiàn)秘密消息傳送的無條件安全，已經成 為量子信息處理最重要的分支之一。它可被劃分為幾個著名的范疇：量子密鑰分配 (Quantum key distribution，QKD) [1-3]，量子安全直接通信（Quantum secure direct communication，QSDC) [4-7]，量子秘密共享（Quantum secret sharing，QSS) [8-9]等。近 年，一種新穎的稱為量子隱寫（Quantum steganography，QS) [10-17]的量子安全通信已經 被提出來。眾所周知，隱寫是將秘密消息隱藏進看似無辜的原始媒介并在向外分發(fā)隱秘媒 介時不暴露秘密消息存在性的一門藝術。QS的目標是在正常量子通信的掩護下實現(xiàn)量子數(shù) 據或經典數(shù)據的隱寫并不引起竊聽者的懷疑，可被視為經典隱寫在量子安全通信領域的量 子版本。QS可能需要一個量子隱秘信道來將秘密消息的存在性隱藏進正常量子通信。眾所 周知，量子糾纏交換技術是量子信息處理領域至關重要的技術之一，并已被廣泛用于設計 量子通信協(xié)議。在2010年，Qu等[14]首次提出利用量子糾纏交換技術在正常量子通信建 立一個隱秘信道來分發(fā)秘密消息的思想。從首次將量子糾纏交換技術引入到QS領域來說， Qu等的協(xié)議[14]非常重要。接著，幾個基于量子糾纏交換的QS協(xié)議[15-17]根據不同量 子糾纏態(tài)被設計出來。
[0003] 盡管已經有幾個不錯的QS協(xié)議[10-17]被提出來，但它們都是基于理想信道。然 而，在光纖里的實際傳輸中，光子不可避免地面臨由熱波動、振動以及光纖的缺陷引起的 噪聲干擾。因此，從實際執(zhí)行可行性考慮，有必要想出能消除噪聲負面影響的方法。一些 不錯的方法已經被提出，如糾纏純化[18]、量子糾錯碼（Quantum error correct code, QECC) [19]、單光子錯誤拒絕（Single-photon error rejection, SPER) [20]和無消相干 (Decoherence-free，DF)態(tài)[21-32]。既然光子在一個比噪聲變化更快的時間窗里傳輸 [25-26, 30-31]，這些光子可視為受到同樣程度的影響。也就是說，噪聲可被認為是集體噪 聲類型。因為DF態(tài)具有抗集體噪聲不變性，它們能夠勝任用于抵抗集體噪聲。
[0004] 基于以上分析，本發(fā)明提出一個適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍QS協(xié)議。 邏輯Bell態(tài)（即四量子比特DF態(tài)）被用于克服集體退相位噪聲。構建在正常量子通信的 用于分發(fā)秘密消息的量子隱秘信道是通過對兩個邏輯Bell態(tài)交換糾纏來建立。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)議的信道容量高達4比特每輪隱秘通 信，而且其不可見性和安全性都能得到保證。
[0005] 參考文獻
[0006] [l]Bennett C H, Brassard G, Proc. Int. Conf.on Computers, Systems&Signal Processing, Bangalore, India, IEEE, New York, (1984) 175
[0007] [2]Bennett C H, Brassard G, Mermin N D, Phys Rev Lett,68(1992) 557
[0008] [3]Cabello A, Phys Rev Lett,85(2000)5635
[0009] [4]Long G L, Liu X S, Phys Rev A,65(2002)032302
[0010] [5]Bostrom K, Felbinger T, Phys Rev Lett,89(2002) 187902
[0011] [6]Deng F G, Long G L, Liu X S, Phys Rev A,68(2003)042317
[0012] [7]Cai Q Y, Li B ff,Phys Rev A,69(2004)054301
[0013] [8]Hillery M, Buzek V, Berthiaume A,Phys Rev A,59(1999) 1829
[0014] [9] Guo G P, Guo G C, Phys Lett A, 310 (2003) 247
[0015] [10]Gea-Banacloche J，J Math Phys,43(2002)4531
[0016] [lljfforley III G G, arXiv ：ph/0401041v2(2004)
[0017] [12]Martin K, IH2007, LNCS,4567(2007)32
[0018] [13] Liao X, Wen Q Y, Sun Y, Zhang J, J Syst Software, 83 (2010) 1801
[0019] [14]Qu Z G,Chen X B,Zhou X J,Niu X X,Yang Y X,0pt Commun,283(2010)4782
[0020] [15]Qu Z G,Chen X B,Luo M X,Niu X X,Yang Y X,Opt Commun,284 (2011)2075
[0021] [16]Ye T Y, Jiang L Z, Chin Phys B,22 (2013)040305
[0022] [17]Ye T Y, Jiang L Z, Chin Phys B,22 (2013)050309
[0023] [18]Bennett C H,Brassard G,Popescu S,et al. ,Phys Rev Lett,76(1996)722
[0024] [19]Nielsen M A,Chuang I L,Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, Cambridge(2000)
[0025] [20]Li X H, Deng F G, Zhou Η Y, Appl Phys Lett, 91 (2007) 144101
[0026] [21]Gu B, Zhang C Y, Cheng G S, Huang Y G, Sci China Ser G-Phys Mech Astron,54(2011)942
[0027] [22]Walton Z D, Abouraddy A F, Sergienko A V, et al. , Phys Rev Lett, 91(2003)087901
[0028] [23]Boileau J C, Gottesman D, Laflamme R, et al. , Phys Rev Lett, 92(2004)017901
[0029] [24]Zhang Z J, Physica A,361(2006)233
[0030] [25] Li X H, Deng F G, Zhou Η Y, Phys Rev A, 78 (2008) 022321
[0031] [26] Li X H, Zhao B K, Sheng Y B, et al. , Int J Quant Inform, 7 (2009) 1479
[0032] [27]Gu B, Pei S X, Song B, Zhong K, Sci China Ser G-Phys Mech Astron, 52(2009)1913
[0033] [28] Gu B, Mu L L, Ding L G, Zhang C Y, Li C Q, Opt Commun, 283 (2010) 3099
[0034] [29]Yang C ff, TSAI C ff, Hwang T, Sci China Ser G-Phys Mech Astron, 54(2011)496
[0035] [30]Yang C ff, Hwang T, Quantum Inf Process,12(2013)2131
[0036] [31]Lin J, Hwang T, Quantum Inf Process,12(2013) 1089
[0037] [32]Ye T Y, Information leakage resistant quantum dialogue against collective noise,Sci China Ser G-Phys Mech Astron(Published on line)
[0038] [33]Shannon C E, Bell System Tech J,28(1949)656
[0039] [34] Li C Y, Zhou Η Y, Wang Y, Deng F G, Chin Phys Lett, 22 (2005) 1049
[0040] [35]Li C Y, Li X H, Deng F G, Zhou P, Liang Y J, Zhou Η Y, Chin Phys Lett, 23(2006)2896
[0041] [36]Cai Q Y, Phys Lett A,351 (2006)23
[0042] [37] Li X H, Deng F G, Zhou Η Y, Phys Rev A, 74 (2006) 054302
[0043] [38]Gisin N, Ribordy G, Tittel ff, Zbinden H, Rev Mod Phys,74(2002) 145


【發(fā)明內容】

[0044] 本發(fā)明的目的是設計一種適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍QS協(xié)議，解決 QS協(xié)議實際應用面臨的噪聲干擾問題。
[0045] 一種適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍QS協(xié)議，共包括以下四個過程：
[0046] S1)制備模式。① Bob制備一個由η個邏輯Bell態(tài)組成的量子態(tài)序列，其中每個 邏輯Bell態(tài)都戈

【權利要求】
1. 一種適用于集體退相位噪聲信道的錯誤容忍量子隱寫協(xié)議，利用邏輯Bell態(tài)克服 集體退相位噪聲；通過對兩個邏輯Bell態(tài)交換糾纏來建立構建在正常量子通信的用于分 發(fā)秘密消息的量子隱秘信道；利用Bell態(tài)測量而非四量子比特聯(lián)合測量進行解碼；具有高 達4比特每輪隱秘通信的信道容量和良好的不可見性與安全性；共包括以下四個過程： 51) 制備模式：① Bob制備一個由η個邏輯Bell態(tài)組成的量子態(tài)序列，其中每個邏輯 Bell態(tài)都為
，這里下標A和B表示兩個邏輯量子比特；②Bob按順序從每個邏輯 Bell態(tài)挑選出第一個邏輯量子比特來構成序列SA ;剩余的邏輯量子比特構成序列SB ;即有 SA= [Ai，A2，…，AnHPSB= [Bi，B2，…，Bn];③為了安全檢測，Bob制備足夠多的隨機處于 四個態(tài){|〇 dp>，|ldp>，卜dp>，l_dp>}之一的誘騙邏輯量子比特，并將它們隨機插入S A;④Bob 利用塊傳輸技術將SA發(fā)送給Alice，并自己保留SB ;在Alice宣布收到SA后，他們進入控制 模式； 52) 控制模式：① Bob告訴Alice誘騙邏輯量子比特的位置和制備基；②Alice使用 Bob告訴的基測量誘騙邏輯量子比特，并向Bob公布她的測量結果；③Bob通過比較Alice 的測量結果和誘騙邏輯量子比特的初態(tài)判斷是否存在一個竊聽者；如果存在一個竊聽者， 他們中斷通信，否則，他們進入信息和秘密消息隱藏模式； 53) 信息和秘密消息隱藏模式：①根據她的秘密消息，Alice產生一條信息比特序列； 這條信息比特序列被用于幫助隱藏Alice的秘密消息，并以每四比特分為一組；然后，根據 信息比特序列，Alice對34施加邏輯酉操作{Ωρ Ωζ，Ωχ，Qy};在被施加邏輯酉操作后，SA 被轉化為S' A;為了描述一致起見，盡管SB保持不變，S' B仍被用于表示原始的SB;②根 據一個兩比特秘密消息，Alice從S' 4選擇兩個邏輯量子比特A' m+1，其中下標m 代表S' 4中邏輯量子比特A' 位置；Alice事先選擇一個合適的m并通過執(zhí)行量子安 全直接通信或經典信道的一次一密將它發(fā)送給Bob ;m的值應滿足一定的一致性，即兩個邏 輯Bell態(tài)Α' μΒ' μ和A' mB' _"應與兩比特秘密消息相對應；通過事先對A' m+1施加 相同的邏輯酉操作Ω^Α' ^所攜帶的信息將被A' m+1B' m+1復制，即A' m+1B' m+1 不正常傳送信息而是作為一個輔助邏輯Bell態(tài)來幫助隱藏兩比特秘密消息；③Alice以塊 傳輸?shù)姆绞綄' a傳回給Bob; 54) 信息和秘密消息解碼模式：①在得到S' 4和!11的值后，為了解碼出它攜帶的信息， Bob通過對第1和第3個量子比特、第2和第4個量子比特施加兩個Bell態(tài)測量來探測 Α' πΒ' μ的狀態(tài)；②Bob通過對第1和第3個量子比特、第2和第4個量子比特施加兩 個Bell態(tài)測量來探測A' mA' m+1和B' mB' m+1每個的狀態(tài)，然后解碼出Alice隱藏的兩 比特秘密消息；③Bob根據兩比特秘密消息和Α' μΒ' μ的狀態(tài)提取出A' mB' m攜帶的 信息。
【文檔編號】H04L9/00GK104125054SQ201410386927
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權日:2014年8月4日
【發(fā)明者】葉天語 申請人:浙江工商大學