CN104393957B - 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法 - Google Patents

基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104393957B
CN104393957B CN201410695870.5A CN201410695870A CN104393957B CN 104393957 B CN104393957 B CN 104393957B CN 201410695870 A CN201410695870 A CN 201410695870A CN 104393957 B CN104393957 B CN 104393957B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
state
party
receiver
quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410695870.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104393957A (zh
Inventor
姜敏
周刘蕾
邵卫东
丁梦晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201410695870.5A priority Critical patent/CN104393957B/zh
Publication of CN104393957A publication Critical patent/CN104393957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104393957B publication Critical patent/CN104393957B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，步骤包括：发送者发起通信要求，资源调度方制备获得四粒子最大纠缠x态作为量子信令；调度方对粒子进行幺正操作，引入辅助粒子，实施控制非变换操作得到新的系统状态；调度方将相关粒子分发给发送方、接收方和授权节点；发送方对获得的粒子进行幺正变换，完成信息编码，再将编码后的粒子发送给接收方；对接收方进行身份认证，如果接收方通过身份认证，授权方对粒子进行测量，将测量结果发送给接收方进行联合测量，结合控制方的结果来得到发送方的真实信息，实现解码，否则控制方拒绝合作，无法解码。本发明编码效率高、容量大、安全性高，且可扩展性好，可用于量子移动通信的信令系统。

Description

基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法
技术领域
本发明涉及一种量子稠密编码技术，具体涉及一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法。
背景技术
量子通信技术建立在“测不准原理”和“不可克隆定理”上，相比于经典通信技术，量子通信技术具有更高的安全性，美国、欧盟、日本及我国科研机构都对量子通信项目进行了深入研究。量子稠密编码技术作为量子通信的一个重要研究分支，即通过特定的量子态操作和编码处理，使一个量子位携带多位经典信息，从而提高信息容量, 量子稠密编码技术在提高量子信息传送效率上起到关键作用。
自1993年出现基于量子纠缠的第一个量子远程传态的实验方案以来，量子通信业已成为前沿信息技术发展最迅速的研究领域，但是目前的进展主要集中基于点与点之间的通信行为。在研究过程中，人们发现，如果在量子通信过程设置可信任的控制方，可极大提高量子通信传输过程的安全性，因而需要基于已有无监控的点对点通信，扩展到有多个授权方参与的联合监控模式下，这也为量子网络安全通信在金融和国防领域发挥重要作用奠定基础。
x态作为量子通信中的重要纠缠资源之一，具有与GHZ态和W态完全不同的纠缠性质和很好的稳定性；当前实验物理学家借助于离子阱技术 或者量子电动力学系统，已经成功地制备出x态，被视为量子通信中的潜在的重要纠缠资源之一。因此，将x态和稠密编码方法结合起来实现多个授权方联合监控下的高容量通信行为就显得很有必要。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，利用x态的稳定性，并融合多方可控技术，提高通信系统的效率、稳定性和安全性。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，包括如下步骤：
（1）发送者利用经典通信网络向网络中心资源调度方发起通信要求，并给出授权方与接收方地址信息；
（2）网络中心资源调度方制备四粒子最大纠缠x态，并对其进行相应的酉变换，随后根据授权方的数量引入相应数量初态为|0>的辅助粒子C3，C4，...，CN，实施控制非变换，得到多粒子纠缠态，调度方对所持有的粒子进行分配，将粒子A分配给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将粒子C1，C2，...，CN分配给各个授权方Charlie1，Charlie2…, CharlieN；
（3）发送方Alice根据要发送的信息对自己手中的粒子A进行幺正操作，完成信息编码，且将自己手中的粒子A传送给接收方Bob；
（4）接收方与授权方进行身份认证，如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝测量和告知结果；
（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合所有授权方的测量信息，解码恢复获得Alice传送的真实消息。
上述技术方案中，所述步骤（2）中采用离子阱技术或者量子电动力学系统制备四粒子最大纠缠x态。
上述技术方案中，所述步骤（2）中的四粒子最大纠缠x态，其量子态表达式为：
其中，在离子阱技术或者量子电动力学系统中，|0> 表示原子或者离子的基态，|1>表示原子或者离子的激发态；
将其表达式重组为：
接着，资源调度方对上述重组后的x态进行酉操作使之成为如下量子态：
其中酉操作矩阵可表示为：
在变为状态后，授权方根据实际控制方的数量N (N>2)，引入N-2个初态为|0>的辅助粒子C3，C4，...，CN，并对其进行CNOT操作，其中，C1或C2为控制粒子，C3...CN为目标粒子，
忽略掉全局因子，从而获得如下量子状态：
。
上述技术方案中，所述步骤（3）中发送方Alice将自己手中的粒子A进行幺正操作，从而实现传送一个量子比特携带两位经典比特信息，利用4个幺正操作分别进行编码，其中编码信息与幺正操作的对应关系如下：编码为00， 编码为01， 编码为10， 编码为11；
幺正操作的集合为：
当编码信息为00时候，系统状态为：
当编码信息为01时候，系统状态为：
当编码信息为10时候，系统状态为：
当编码信息为11时候，系统状态为 ：
。
上述技术方案中，所述步骤（4）中如果控制方同意此次通讯，则对自己手中的粒子进行Hadamard变换，
其中和为分别包含有偶数个1和奇数个1的0和1构成的序列，再以{}为基底进行测量，向Bob告知测量结果。
上述技术方案中，所述步骤（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合授权方的测量信息，解码恢复得到Alice传送的真实消息，所描述的联合测量，其联合测量基为Bell测量基的任一种，其解码的规则为：如果授权方所得的1的个数为偶数个时，则对应的规则为；如果授权方所得的1的个数为奇数个时，则对应的解码规则为，其中
，
，
，
。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明引入了数量可调的授权方，且只有在所有授权方都合作的情况下，接收方才能实现正确解码信息，此外，由于发送方1个粒子即携带了2位经典比特信息，所以本发明具有良好的安全性、可扩展性和高效率。
附图说明
图1是实施例一中本发明的编码方法流程图。
图2是实施例二中本发明的编码方法网络结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，包括如下步骤：
（1）发送者利用经典通信向网络中心资源调度方中发起通信要求，并给出授权方与接收方地址信息；
（2）资源调度方制备x态，进行操作，且分发给通信双方和通信授权方；
资源调度方制备x态：
资源调度方利用于离子阱技术或者量子电动力学系统，制备出四粒子最大纠缠x态，其量子态表达式为：
其中，在离子阱技术或者量子电动力学系统中，|0>表示原子或者离子的基态，|1>表示原子或者离子的激发态，为了便于后面的分析，我们将其表达式重组为：
对x态进行酉变换：
资源调度方对上述x态进行酉操作使之成为如下量子态：
其酉操作矩阵可表示为：
制备授权粒子且分发相关粒子：
资源调度方根据授权方的数量N (N>2)，引入N-2个初态为|0>的辅助粒子C 3 ...C N ，并对其进行CNOT操作，其中，C 1 或C 2 为控制粒子，C 3 ...C N 为目标粒子，
忽略掉全局因子，从而获得如下量子状态：
将粒子A分发给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将授权粒子C1，C2，...，CN分配给各个授权方Charlie1，Charlie2，…, CharlieN；
（3）接收方Alice根据待发送的信息编码成对自己手中的粒子A进行的幺正操作，在将粒子A传送给接收方Bob；其中，编码信息与幺正操作的对应关系如下：编码为00；编码为01；编码为10；编码为11.具体幺正操作为：
当编码信息为00时候，系统状态为：
当编码信息为01时候，系统状态为：
当编码信息为10时候，系统状态为：
当编码信息为11时候，系统状态为：
；
（4）接收方Bob与授权方进行身份认证。如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝测量和告知；其中，如果控制方同意此次通讯，则对自己手中的粒子进行Hadamard变换H：
，
则系统变换为：
其中，和为分别包含有偶数个1和奇数个1的0和1构成的序列。最后，各个授权方以{}为基底进行测量，向Bob告知其具体测量结果；
（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合授权方的测量信息，解码恢复得到Alice传送的真实消息。所描述的联合测量，其联合测量基为Bell测量基的任一种。其解码的规则为：如果授权方所得的1的个数为偶数个时，则对应的规则为
；
如果授权方所得的1的个数为奇数个时，则对应的解码规则为
，
其中
，
，
，
。
实施例二：参见图2所示，为基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法的实例。网络中存在一个资源调度方，Alice要发送信息一个2位数据10至Bob，其中Charlie1，Charlie2…CharlieN 均为授权方。首先Alice向资源调度方发送授权方地址信息和接收者地址信息，资源调度方准备出态，引入N-2个为 |0>的辅助粒子，实施幺正变换，再将授权粒子和信息粒子分发给Alice和Bob；接下来假设Alice要传送给Bob的信息为10，则对其手中的粒子执行 幺正操作，再将其发送给Bob。Bob将来自Alice的粒子和来自资源分配方的粒子进行联合Bell基测量，得到两种可能的结果或者。为了解码，Bob须向所有授权者申请身份认证，如果通过身份认证，则各个授权方Charlie都进行Hadamard变换和基测量，当测量结果为，来自授权方的测量结果中应有偶数个1或者当测量结果为且来自授权方的测量结果中应有奇数个1。 此时Bob可解码Alice的信息为10。如果有一个授权方Charlie不协助给予真实的消息，则Bob不能解码出Alice的真实信息。
综上所述可知，在多方授权的点对点通信中，网络中资源分配方负责制备出x态，根据授权方的个数，制备出相应的授权粒子，且把相应的粒子分发给通信双方和授权方，各个授权方彼此之间没有联系。发送方把要传送的信息用幺正操作来进行编码，再把携带信息的粒子发送给接收方。其中，只要传送1个粒子，即可以携带两位经典比特信息。接收方必须获得授权方的许可且得到所有授权方的配合，综合所有授权方的测量结果，才能解码获取发送者的信息。本发明可充分利用量子纠缠的显著特征，实并行多方可控稠密编码，具有良好的实用性，可行性和扩展性。

Claims (7)

1.一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）发送者利用经典通信网络向网络中心资源调度方发起通信要求，并给出授权方与接收方地址信息；
（2）网络中心资源调度方制备四粒子最大纠缠x态，并对其进行相应的酉变换，随后根据授权方的数量引入相应数量初态为|0>的辅助粒子C3，C4，...，CN，实施控制非变换，得到多粒子纠缠态，调度方对所持有的粒子进行分配，将粒子A分配给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将粒子C1，C2，...，CN分配给各个授权方Charlie1，Charlie2…, CharlieN；
（3）发送方Alice根据要发送的信息对自己手中的粒子A进行幺正操作，完成信息编码，且将自己手中的粒子A传送给接收方Bob；
（4）接收方与授权方进行身份认证，如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝测量和告知结果；
（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合所有授权方的测量信息，解码恢复获得Alice传送的真实消息。
2.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（2）中采用离子阱技术制备四粒子最大纠缠x态。
3.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（2）中采用量子电动力学系统制备四粒子最大纠缠x态。
4.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（2）中的四粒子最大纠缠x态，其量子态表达式为：
其中，在离子阱技术或者量子电动力学系统中，|0> 表示原子或者离子的基态，|1>表示原子或者离子的激发态；
将其表达式重组为：
接着，资源调度方对上述重组后的x态进行酉操作使之成为如下量子态：
其中酉操作矩阵可表示为：
在变为状态后，资源调度方根据实际控制方的数量N (N>2)，引入N-2个初态为|0>的辅助粒子C3，C4，...，CN，并对其进行CNOT操作，其中，C1或C2为控制粒子，C3...CN为目标粒子，
忽略掉全局因子，从而获得如下量子状态：
。
5.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（3）中发送方Alice将自己手中的粒子A进行幺正操作，从而实现传送一个量子比特携带两位经典比特信息，利用4个幺正操作分别进行编码，其中编码信息与幺正操作的对应关系如下：编码为00，编码为01，编码为10，编码为11；
幺正操作的集合为：
，，，，
当编码信息为00时候，系统状态为：
当编码信息为01时候，系统状态为：
当编码信息为10时候，系统状态为：
当编码信息为11时候，系统状态为 ：
。
6.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（4）中如果控制方同意此次通讯，则对自己手中的粒子进行Hadamard变换，
其中和为分别包含有偶数个1和奇数个1的0和1构成的序列，再以{}为基底进行测量，向Bob告知测量结果。
7.根据权利要求1所述的一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于：所述步骤（5）接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合授权方的测量信息，解码恢复得到Alice传送的真实消息，所描述的联合测量，其联合测量基为Bell测量基的任一种，其解码的规则为：如果授权方所得的1的个数为偶数个时，则对应的规则为；如果授权方所得的1的个数为奇数个时，则对应的解码规则为，其中
，
，
，
。
CN201410695870.5A 2014-11-27 2014-11-27 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法 Expired - Fee Related CN104393957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410695870.5A CN104393957B (zh) 2014-11-27 2014-11-27 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410695870.5A CN104393957B (zh) 2014-11-27 2014-11-27 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104393957A CN104393957A (zh) 2015-03-04
CN104393957B true CN104393957B (zh) 2017-08-11

Family

ID=52611798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410695870.5A Expired - Fee Related CN104393957B (zh) 2014-11-27 2014-11-27 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104393957B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108737116B (zh) * 2018-06-27 2020-12-29 重庆邮电大学 一种基于d维三量子纠缠态的投票表决协议方法
CN108923851B (zh) * 2018-07-18 2019-10-18 苏州大学 一种基于五比特brown态的信道复用方法
CN108988956B (zh) * 2018-09-19 2021-06-18 苏州大学 一种基于七比特量子信道的三方通信方法
CN110336775B (zh) * 2019-04-24 2021-11-16 重庆邮电大学 一种基于Grover算法的量子群认证方法
CN111130771B (zh) * 2019-12-24 2021-08-24 北方工业大学 一种基于量子态不丢失的量子网络编码方法
CN111294204B (zh) * 2020-02-11 2022-01-11 苏州大学 基于五比特brown态制备团簇态的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102801518A (zh) * 2012-09-05 2012-11-28 浙江工商大学 一种基于ghz态密集编码和纠缠交换的量子隐写协议
CN103916240A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 西北大学 三粒子一类w态在3×2非对称信道中的量子密集编码方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2302433B2 (es) * 2006-06-02 2009-07-28 Universidad Politecnica De Valencia Sistema y procedimiento de distribucion en paralelo de clave cuantica mediante multiplexacion de subportadora.

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102801518A (zh) * 2012-09-05 2012-11-28 浙江工商大学 一种基于ghz态密集编码和纠缠交换的量子隐写协议
CN103916240A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 西北大学 三粒子一类w态在3×2非对称信道中的量子密集编码方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《基于密集编码的多方与多方量子秘密共享》;杜宇韬等;《电子与信息学报》;20131130;全文 *
《多方参与的量子安全通信的一般性协议设计》;李舒文;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20141015;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104393957A (zh) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104393957B (zh) 基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法
Gong et al. A continuous variable quantum deterministic key distribution based on two-mode squeezed states
CN105978659B (zh) 基于远程制备量子态的网络编码方法
CN109257172B (zh) 基于量子远程控制的远程量子态制备方法
Zhou et al. Semi-quantum identification
Zhou et al. Three-party semi-quantum key agreement protocol
Kao et al. Controlled quantum dialogue using cluster states
Pathak Efficient protocols for unidirectional and bidirectional controlled deterministic secure quantum communication: different alternative approaches
CN109510706B (zh) 基于光子超纠缠态的异构无线通信方法及系统
Niu et al. Security analysis of measurement-device-independent quantum secure direct communication
Wang et al. Deterministic joint remote state preparation of arbitrary two-and three-qubit states
Pan et al. High-dimension multiparty quantum secret sharing scheme with Einstein–Podolsky–Rosen pairs
Naseri Revisiting quantum authentication scheme based on entanglement swapping
Tang et al. Controlled quantum key agreement based on maximally three-qubit entangled states
Zheng et al. Controlled quantum dialogue with authentication protocol on a basis of GHZ-like state
Wang et al. Multi-party quantum private size comparison protocol with d-dimensional Bell states
CN105471515B (zh) 基于三原子ghz态的联合远程制备量子态的方法
CN109150521A (zh) 基于未知参数ghz信道的概率远程实系数量子态制备方法
Patwardhan et al. Efficient controlled quantum secure direct communication protocols
Cao et al. A scalable and flexible multi-user semi-quantum secret sharing
CN112953648A (zh) 基于双向混合量子信息交流的蝶形网络编码方法
WO2024168992A1 (zh) 基于量子数据压缩的确定性安全半量子通信方法
Zhang et al. Controlled quantum secure direct communication by using four particle cluster states
Zhou et al. Three-party quantum key agreement protocol with seven-qubit entangled states
Ji et al. Single-qubit operation sharing with Bell and W product states

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Jiang Min

Inventor after: Zhou Liulei

Inventor after: Shao Weidong

Inventor after: Ding Mengxiao

Inventor before: Jiang Min

Inventor before: Wei Yuzhen

Inventor before: Xue Lipeng

Inventor before: Ding Mengxiao

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170811

Termination date: 20191127

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee