【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子通信，具体涉及一种基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法。
技术介绍
1、随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，人们对于信息安全的需求也越来越高。量子通信作为量子信息科学的重要分支，在三大基本原理(即量子力学固有的不确定性、测量坍缩和不可克隆性)的保证下，具备了无条件的通信安全性，因此也受到了人们越来越多的关注。
2、作为量子通信的核心技术，量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)已经在理论和实验两个方面进行了广泛的研究。量子密钥分发允许各方之间不受物理距离的限制，通过共享安全的随机密钥进行消息传输。同时，作为量子通信的另一重要组成部分，量子安全直接通信(quantum secure direct communication，qsdc)允许通信双方在量子信道上直接传输秘密消息，而无需提供预先共享的密钥。从这个意义上说，qsdc不仅可以节省量子资源，而且可以避免与密钥和密文相关的潜在安全风险，从而降低通信系统的复杂性。
3、qsdc协议具有完美的量子来源、无噪音通道、完美的设备和探测器，在理想的环境下是完全安全的。但是在现实世界中，量子通信系统往往存在设备不完善的问题，特别是测量设备的缺陷；这些缺陷可能会造成潜在的安全威胁，比如窃听者可能会利用这些设备的漏洞来窃取信息。因此，目前的qsdc方案，确实存在安全性不高、可靠性较差的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种安全性高且可靠性好的基
2、本专利技术提供的这种基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，包括如下步骤：
3、s1.编码位于位置空间中的位置态，以及编码位于硬币空间中的硬币态；
4、s2.执行基于直线上量子行走，从而获得用作量子信道的共享纠缠态，完成量子信道的准备；
5、s3.对共享的量子信道进行重新描述和测量；
6、s4.对量子信道进行检测，从而判断量子信道的安全性；
7、s5.发送端和接收端通过第三方进行测量和纠缠；
8、s6.根据步骤s5的结果，发送端和接收端再次确认量子信道的安全性；
9、s7.对发送端和接收端的粒子进行合并得到复合量子态；
10、s8.在得到的复合量子态上进行第二步量子行走，得到发送端和接收端的量子纠缠态；
11、s9.发送端在量子纠缠态上进行投影测量，并将测量结果发送接收端，完成最终的测量设备无关的量子安全直接通信。
12、步骤s1所述的编码位于位置空间中的位置态，以及编码位于硬币空间中的硬币态，具体包括如下步骤：
13、考虑一个基于直线上量子行走的测量设备无关(measurement deviceindependent,mdi)模型，模型包括一个位置空间和一个命名为硬币1的硬币空间，发送端持有粒子a1和a3；
14、将位于位置空间中的位置态编码到粒子a1上，将位于硬币1空间中的硬币1态编码到粒子a3上；
15、假设发送端制备位于a1和a3上的初始态均为|0>；
16、量子行走的初始态表示为其中为张量积。
17、步骤s2所述的执行基于直线上量子行走，从而获得用作量子信道的共享纠缠态，完成量子信道的准备，具体包括如下步骤：
18、在量子态|φ>0上执行基于直线上量子行走，发送端得到用于量子信道的共享纠缠态；
19、直线上量子行走表示为
20、
21、式中w1为第一步直线上量子行走算子；e1为条件移位算子；i1为作用在位置空间的单位算子；c1为作用在发送端硬币空间1上的硬币算子，它可以为单位门、哈德玛门等任意单量子比特操作，此处假设为h(hadamard)门；为张量积；s为移位算子；表示s的共轭转置(hermitian共轭)算子，通常用于逆操作；
22、经过一步直线上量子行走演化后，得到新的量子态为
23、
24、发送端和接收端各自重复步骤s1和s2若干次，以制备满足设定数量的量子状态，从而各自制备n对纠缠态；
25、发送端和接收端准备m个硬币位置类超编码的单光子，每个光子随机处于{|0>,|1>,|+>,|->}中的一个状态，其中
26、发送端(接收端)通过量子行走制成的纠缠对第一个粒子组成的有序序列为sa(sb)；发送端(接收端)将单光子插入由纠缠对剩余的伙伴光子组成的有序序列ca(cb)的随机位置；此时，序列sa有n个光子，序列sb有n个光子，序列ca有n+m个光子，序列cb有n+m个光子。
27、步骤s3所述的对量子信道进行重新描述和测量，具体包括如下步骤：
28、发送端量子信道|φ>1被重新描述为基于位置的测量基{|-1>|0>,|1>,|2>}和基于硬币的测量基{|+>,|->}，表示为
29、
30、设定一个选自纠缠态集合{|φ>1}的子集；发送端首先采用测量基{|-1>|0>,|1>,|2>}测量粒子a1，得到测量的纠缠态后，再采用测量基{|+>,|->}测量对应纠缠态的另一个粒子；
31、接收端的量子信道|φ>1被重新描述为基于位置的测量基{|-1>|0>,|1>,|2>}和基于硬币的测量基{|+>,|->}，表示为
32、
33、设定一个选自纠缠态集合{|φ>1}的子集；接收端首先采用测量基{|-1>|0>,|1>,|2>}测量粒子b1，得到测量的纠缠态后，再采用测量基{|+>,|->}测量对应纠缠态的另一个粒子。
34、步骤s4所述的对量子信道进行检测，从而判断量子信道的安全性，具体包括如下步骤：
35、发送端进行量子信道的检测，通过将测量结果与4种可能得输出结果进行比较；发送端的测量输出及对应的量子态状态为
36、a1上的测量结果为1且a3上的测量结果为1，则关联的量子态为|1>|+>；
37、a1上的测量结果为1且a3上的测量结果为-1，则关联的量子态为|1>|->；
38、a1上的测量结果为-1且a3上的测量结果为1，则关联的量子态为|-1>|+>；
39、a1上的测量结果为-1且a3上的测量结果为-1，则关联的量子态为|-1>|->；
40、若所有的输出结果的比对错误率低于设定阈值，则发送端判断量子信道安全，并继续进行后续步骤；
41、否则，发送端判断可能存在窃听风险。
42、类似地，接收端进行量子信道的检测，通过将测量结果与4种可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S1所述的编码位于位置空间中的位置态，以及编码位于硬币空间中的硬币态，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S2所述的执行基于直线上量子行走，从而获得用作量子信道的共享纠缠态，完成量子信道的准备，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S3所述的对共享的量子信道进行重新描述和测量，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S4所述的对量子信道进行检测，从而判断量子信道的安全性，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S5所述的发送端和接收端通过第三方进行测量和纠缠，具体包括如下步骤：
7.根据权
8.根据权利要求7所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S7所述的对发送端和接收端的粒子进行合并得到复合量子态，具体包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S8所述的在得到的复合量子态上进行第二步量子行走，得到发送端和接收端的量子纠缠态，具体包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤S9所述的发送端在量子纠缠态上进行投影测量，并将测量结果发送接收端，完成最终的测量设备无关的量子安全直接通信，具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤s1所述的编码位于位置空间中的位置态，以及编码位于硬币空间中的硬币态，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤s2所述的执行基于直线上量子行走，从而获得用作量子信道的共享纠缠态，完成量子信道的准备，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤s3所述的对共享的量子信道进行重新描述和测量，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信方法，其特征在于步骤s4所述的对量子信道进行检测，从而判断量子信道的安全性，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于量子行走的测量设备无关量子安全直接通信...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯艳艳，刘思思，李彦，李洁，周健，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：
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