【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子保密通信，具体涉及一种基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法。
技术介绍
1、量子安全直接通信(qsdc)作为区别于量子密钥分发的一种量子保密通信方式，可以实现信息的可靠安全传输。研究者们先后提出了基于epr纠缠光子对的两步方案、基于单光子的“一次一密”方案等。近年来在实验上也对量子安全直接通信技术进行了验证，例如纠缠态及单光子qsdc实验验证等。
2、文献1“李凯，黄晓英，滕吉红等。一种基于einstein-podolsky-rosen(epr)序列的量子安全直接通信协议[j].电子与信息学报,2012,34(08):1917-1922”中给出了一种基于einstein-podolsky-rosen(epr)序列的量子安全直接通信协议和一种基于epr序列安全直接通信的量子秘密共享协议，用携带有秘密消息的传输粒子代替单独制备的检测粒子来检测窃听。
3、文献2“deng,f.g.,long,g.l.and liu,x.s.two-step quantum directcommunication protocol using the einstein-podolsky-rosen pair block.physicalreview a,2003,68,113-114”对量子安全直接通信做了定义，即在量子信道上直接传输编码后的秘密信息。在通信过程中，发送方首先制备初始态epr光子对，纠缠光子对被分为两个序列：检测序列和信息序列。检测序列首先发送给接收方，用于评估信道是否安全；若信道
4、上述现有协议在制备初始态以及信息编码过程中通常使用单光子或单自由度纠缠光子，这会使得窃听者能够获取信息的概率达到1/2，同时每个酉变换编码操作只能携载两比特信息，且为定长编码，可见，qsdc协议的安全性及保密容量提升问题亟待解决。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，以解决现有qsdc协议存在的安全性及保密容量低问题。
2、为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，包括如下步骤：
4、步骤1：发送方alice制备一组处于超纠缠态的光子对作为量子信号，并将所述处于超纠缠态的光子对拆分为两组序列，一组称为信息序列pm，另一组称为检测序列pc；
5、步骤2：alice将步骤1中制备的检测序列pc经量子信道发送给接收方bob，并保留信息序列pm；等bob接收到经信道传输后的序列p′c后，通信双方分别通过序列p′c和序列pm进行信道安全性检测；
6、步骤3：当通信双方均确认量子信道安全后，alice根据需要传输的秘密信息，利用块传输技术，并基于待传输秘密信息的概率分布，通过酉操作u对序列pm中剩余的每一个光子依次做相应的酉变换，完成将秘密信息编码到量子态的过程，并在剩余自由度上编码检测比特，得到加载秘密信息的量子态序列p′m；
7、步骤4：alice将编码后的序列p′m经量子信道发送给bob，bob将通过信道传输后的序列p″m与序列p′c进行超纠缠贝尔态分析；
8、步骤5：等bob完成超纠缠贝尔态分析后，alice告知其用于信道状态检测的检测比特的光子自由度以及相应的酉操作；bob在超纠缠贝尔态分析结果中挑出这部分光子自由度的分析结果，并与alice公布的结果进行比对，计算信道传输的误码率；如果误码率在预先设定的可接受范围内，bob通过检纠错技术在超纠缠贝尔态分析结果中提取秘密信息；否则，终止通信。
9、进一步的，步骤1中，信息序列pm包含双光子系统|φ+>ab中的所有光子a，检测序列pc包含双光子系统|φ+>ab中的所有光子b；所制备的处于超纠缠态的光子对，需要使用单光子的三个自由度，分别为偏振自由度、第一纵向动量自由度和第二纵向动量自由度，表示为：其中，下标a和b表示六量子位超纠缠贝尔态的两个光子，|φ>p表示处于偏振自由度中的双光子系统ab的四个贝尔态之一，即具体表示为：
10、
11、
12、其中h和v分别表示光子的水平和垂直偏振；
13、|φ>f表示处于第一纵向动量自由度中的双光子系统ab的四个贝尔态之一，即具体表示为：
14、
15、
16、其中l和r分别表示光子处于第一纵向动量自由度中左边和右边空间模式；
17、|φ>s表示处于第二纵向动量自由度中的双光子系统ab的四个贝尔态之一，即具体表示为：
18、
19、
20、其中i和e分别表示光子处于第二纵向动量自由度中内部和外部空间模式。
21、进一步的，步骤2中，通信双方对通过检测序列pc的传输进行信道安全性检测，所述的安全性检测为：bob在接收到的序列p'c中随机地抽样适量的光子，并随机地选择测量基对其进行单光子测量；此处，其中zp＝{|h>,|v>}，zf＝{|l>,|r>}，zs＝{|i>,|e>}，测量结束后，bob通过认证信道告知alice测量结果、测量基信息和位置信息；alice根据bob所告知信息，在信息序列pm中选取与其相对应的光子，用bob告知的测量基进行单光子测量，并将二者的测量结果进行比对；若测量结果违反贝尔不等式，则认为信道不安全，存在窃听者，终止通信；若测量结果满足贝尔不等式，则认为信道安全，继续通信。
22、进一步的，所述测量基为z基或x基。
23、进一步的，步骤3中，所述的完成将秘密信息编码至量子态的过程中，编码规则如下：
24、(1)偏振自由度代表编码00，第一纵向动量自由度代表编码01，第二纵向动量自由度代表编码10，三种自由度的四个酉操作都分别代表编码00、01、10、11；
25、(2)alice根据所需传输的信息对光子的一个、两个或者三个自由度进行酉操作，从而完成对信息的非定长编码，故编码操作根据酉操作u的不同选择，编码长度包括2bits(u-2)、4bits(u-4)、6bits(u-6)、8bits(u-8)、10bits(u-10)以及12bits(u-12)。
26、进一步的，步骤3中所提及的酉操作，在本协议中所设计的双光子系统|φ+>ab的不同自由度均有四种酉操作此处分别是对光子a在偏振、第一纵向动量和第二纵向动量自由度进行四种酉操作，分别表示为：
27、
28、
29、
30、
31、
32、
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
34、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤1中，信息序列PM包含双光子系统|φ+>AB中的所有光子A，检测序列PC包含双光子系统|φ+>AB中的所有光子B；所制备的处于超纠缠态的光子对，需要使用单光子的三个自由度，分别为偏振自由度、第一纵向动量自由度和第二纵向动量自由度，表示为：其中，下标A和B表示六量子位超纠缠贝尔态的两个光子，|Φ>P表示处于偏振自由度中的双光子系统AB的四个贝尔态之一，即具体表示为：
3.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤2中，通信双方对通过检测序列PC的传输进行信道安全性检测，所述的安全性检测为：Bob在接收到的序列P'C中随机地抽样适量的光子，并随机地选择测量基对其进行单光子测量；此处，其中ZP＝{|H>,|V>}，ZF＝{|l>,|r>}，ZS＝{|I>,|E>}，测量结束后，Bob通过认证
4.如权利要求3所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，所述测量基为Z基或X基。
5.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤3中，所述的完成将秘密信息编码至量子态的过程中，编码规则如下：
6.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤3中所提及的酉操作，在本协议中所设计的双光子系统|φ+>AB的不同自由度均有四种酉操作此处分别是对光子A在偏振、第一纵向动量和第二纵向动量自由度进行四种酉操作，分别表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤1中，信息序列pm包含双光子系统|φ+>ab中的所有光子a，检测序列pc包含双光子系统|φ+>ab中的所有光子b；所制备的处于超纠缠态的光子对，需要使用单光子的三个自由度，分别为偏振自由度、第一纵向动量自由度和第二纵向动量自由度，表示为：其中，下标a和b表示六量子位超纠缠贝尔态的两个光子，|φ>p表示处于偏振自由度中的双光子系统ab的四个贝尔态之一，即具体表示为：
3.如权利要求1所述的基于超纠缠量子态与非定长编码的量子安全直接通信方法，其特征在于，步骤2中，通信双方对通过检测序列pc的传输进行信道安全性检测，所述的安全性检测为：bob在接收到的序列p'c中随机地抽样适量的光子，并随机地选择测量基对其进行单光子测量；此处，其中zp＝{|h>,|v>}，zf＝{|l>,|r>}，zs...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹正文，王禹杰，陈欣蕾，柴庚，张昱洁，王磊，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。