CN108650089A - 基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统，属于量子通信技术领域。服务器制备超纠缠量子态，以每个贝尔态中的第一光子组成第一序列作为信息载体，依次传递给第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端。第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端通过分别对第一序列中的三个自由度编码操作，最后将第一序列发回至服务器。服务器通过对两条序列做超纠缠贝尔态测量可以推断出第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端在每个自由度上的编码方式，从而完成信息的收集。由于安全性由量子纠缠态的非局域关联特性保证，窃听者每次只能窃取纠缠粒子体系的一部分，而得不到量子纠缠对的整体状态，从而保证了信息的不对外泄露。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，具体而言，涉及基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统。
背景技术
量子通信是量子信息学的一个主要分支，主要涉及量子密钥分发、量子隐形传态、量子安全直接通信等方面。量子密钥分发和量子隐形传态研究起步早，发展已经相当成熟。量子安全直接通信是量子通信中另一个重要的分支领域。它的概念是由龙等人在2000年首次提出，一直是近几年来的研究热点。和量子密钥分发协议一样，量子安全直接通信的安全性由量子不可克隆原理、量子测不准原理以及纠缠粒子的关联性和非定域等保证。然而当前已有的多方量子安全直接通信协议中，通信方之间必须借助经典信道公开部分信息才能实现信息共享，从而有效降低了秘密信息传递的安全性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统。
本发明的实施例是这样实现的：
一种基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，其包括服务器随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度；所述服务器分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列；所述服务器根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列；所述服务器将所述第一发送序列发送至第一用户终端；所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端；在所述第二用户终端对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终端对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端；在所述第三用户终端对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器；在所述服务器对所述第三用户终端所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果；所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集。
在本发明较佳的实施例中，所述的所述服务器根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列，包括：所述服务器将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
在本发明较佳的实施例中，所述的所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：所述第一用户终端对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
在本发明较佳的实施例中，所述的所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
在本发明较佳的实施例中，所述的在所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端之前，还包括：所述第一用户终端确定是否存在窃听。
一种基于三个自由度的量子安全直接信息通信系统，其包括服务器、第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端，其中，所述服务器用于随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度；所述服务器还用于分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列；及根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列；以及将所述第一发送序列发送至第一用户终端；所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端；在所述第二用户终端对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终端用于对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端；在所述第三用户终端对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端用于对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器；在所述服务器对所述第三用户终端所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器还用于对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果；以及根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集。
在本发明较佳的实施例中，所述服务器用于根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列，包括：所述服务器将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
在本发明较佳的实施例中，所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
在本发明较佳的实施例中，所述服务器用于根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
在本发明较佳的实施例中，在所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端之前，还包括：所述第一用户终端用于确定是否存在窃听。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统，通过服务器首先制备一组超纠缠量子态，以每个贝尔态中的其中一个粒子组成第一序列作为信息载体，依次传递给第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端。第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端通过分别对第一序列中的三个自由度编码操作，最后将第一序列发回至服务器。服务器通过对两条序列做超纠缠贝尔态测量可以推断出第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端在每个自由度上的编码方式，从而完成信息的收集。由于安全性由量子纠缠态的非局域关联特性保证，窃听者每次只能窃取纠缠粒子体系的一部分，而得不到量子纠缠对的整体状态，从而保证了信息的不对外泄露。并且由于第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端也只能获取单个纠缠粒子而得不到完整的纠缠粒子对，因此，每个客户只能对其编码，但无法读取粒子上携带的信息，从而避免了信息的内部泄露问题，进一步提高了信息传递的安全性。并且由于光子在传输过程中会不断的损耗，因此传输距离十分有限，而通过本发明实施所述的方法可以在有限的距离里扩大用户数量，从而提高通信效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明第一实施例提供的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法的流程图；
图2为图1所示的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法的实施流程图；
图3是本发明第二实施例提供的基于三个自由度的量子安全直接信息通信系统的功能模块示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，是本发明实施例提供的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法的流程图。下面将对图1所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S101，服务器随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度。
其中，第一光子和第二光子均为信号光子。其中，N和M的均大于1。
可选地，N和M的值可以相等，也可以不等。
步骤S102，所述服务器分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列。
第一序列包括N个第一光子，第二序列包括N个第二光子。
可选的，还可以从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第二光子组成第一序列，抽取所述第一光子组成第二序列。即将每个所述超纠缠贝尔态中的第二光子组合生成第一序列，将每个所述超纠缠贝尔态中的第一光子组合生成第二序列。
步骤S103，所述服务器根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列。
作为一种实施方式，步骤S103包括：所述服务器将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
例如，第一光子按序排列后，将M个诱骗态光子随机穿插到第一光子组成的第一序列中，从而生成第一发送序列。
步骤S104，所述服务器将所述第一发送序列发送至第一用户终端。
步骤S105，所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端。
服务器在确认第一用户终端收到第一条序列后，服务器公布诱骗态光子信息包括其位置以及具体的量子态。第一用户终端根据服务器告知的诱骗态光子信息采取合适的测量基，测量对应位置的诱骗态光子以计算错误率，及根据计算的错误率与预设阈值的大小判断是否存在窃听。若错误率超出预设阈值，则确定为存在窃听，放弃本次通信；否则，在错误率低于预设阈值时，执行步骤S105。
可选地，所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：所述第一用户终端对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
在一可能的实施例中，在步骤S105之前还包括：所述第一用户终端确定是否存在窃听。
步骤S106，在所述第二用户终端对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终端对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端。
为保证传输不被窃听，每一次传输完成后都要先检测其安全性。检测同步骤S105，第二用户终端根据第一用户终端告知的诱骗态光子信息采取合适的测量基，其第一用户终端告知的信息包括诱骗态的位置以及对应的量子态，第二用户终端测量对应位置的诱骗态光子以计算错误率，及根据计算的错误率与预设阈值的大小判断是否存在窃听。若错误率超出预设阈值，则确定为存在窃听，放弃本次通信；若在错误率低于预设阈值时，确认传输安全，执行步骤S106。
步骤S107，在所述第三用户终端对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器。
其中，安全性检测的具体实施方式请参照步骤S105，在此，不再赘述。
第三用户终端根据第二用户终端告知的诱骗态光子信息采取合适的测量基，其第二用户终端告知的信息包括诱骗态的位置以及对应的量子态，第三用户终端测量对应位置的诱骗态光子以计算错误率，及根据计算的错误率与预设阈值的大小判断是否存在窃听。若错误率超出预设阈值，则确定为存在窃听，放弃本次通信。
步骤S108，在所述服务器对所述第三用户终端所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果。
其中，安全性检测的具体实施方式请参照步骤S105，在此，不再赘述。
服务器根据第三用户终端告知的诱骗态光子信息采取合适的测量基，其第三用户终端告知的信息包括诱骗态的位置以及对应的量子态，服务器测量对应位置的诱骗态光子以计算错误率，及根据计算的错误率与预设阈值的大小判断是否存在窃听。若错误率超出预设阈值，则确定为存在窃听，放弃本次通信。
步骤S109，所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集。
可选地，所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
为了便于本领域技术人员更加清楚的理解本发明实施例中的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，以下将举例说明基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法的实施过程，如图2所示，对于本实施例提供的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，服务器通过上述步骤S101与步骤S103，生成第一发送序列，再将第一发送序列发送至第一用户终端。第一用户终端对接收到的第一发送序列的左右纵向动量自由度(第一自由度)进行编码，然后将编码后的序列(第一用户编码序列)发送至第二用户终端，即执行上述步骤S105，然后第二用户终端对第一用户终端发送的第一用户编码序列的内外纵向动量自由度(第二自由度)进行编码，然后将编码后的序列(第二用户编码序列)发送至第三用户终端，即执行上述步骤S106，然后第三用户终端对第二用户终端发送的第二用户编码序列的偏振自由度(第三自由度)进行编码，然后将编码后的序列(第三用户编码序列)发送至服务器，即执行上述步骤107，最后服务器根据第三用户编码序列以及第二序列进行处理，得到第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端所传递的信息，即执行上述步骤S108与步骤S109。
本发明实施例提供的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，通过服务器首先制备一组超纠缠量子态，以每个贝尔态中的其中一个粒子组成第一序列作为信息载体，依次传递给第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端。第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端通过分别对第一序列中的三个自由度编码操作，最后将第一序列发回至服务器。服务器通过对两条序列做超纠缠贝尔态测量可以推断出第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端在每个自由度上的编码方式，从而完成信息的收集。由于安全性由量子纠缠态的非局域关联特性保证，窃听者每次只能窃取纠缠粒子体系的一部分，而得不到量子纠缠对的整体状态，从而保证了信息的不对外泄露。并且由于第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端也只能获取单个纠缠粒子而得不到完整的纠缠粒子对，因此，每个客户只能对其编码，但无法读取粒子上携带的信息，从而避免了信息的内部泄露问题，进一步提高了信息传递的安全性。并且由于光子在传输过程中会不断的损耗，因此传输距离十分有限，而通过本发明实施所述的方法可以在有限的距离里扩大用户数量，从而提高通信效率。
第二实施例
对应于第一实施例中的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，图3示出了采用第一实施例所示的基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法一一对应的基于三个自由度的量子安全直接信息通信系统。如图3所示，所述基于三个自由度的量子安全直接信息通信系统400包括服务器410、第一用户终端420、第二用户终端430和第三用户终端440。其中，服务器410、第一用户终端420、第二用户终端430和第三用户终端440的实现功能与第一实施例中对应的步聚一一对应，为避免赘述，本实施例不一一详述。
所述服务器410用于随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度。
所述服务器410还用于分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列；及根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列；以及将所述第一发送序列发送至第一用户终端；
可选地，所述服务器410用于根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列，包括：将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
所述第一用户终端420用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端430。
可选地，所述第一用户终端420用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
在所述第二用户终端430对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终430端用于对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端440；
在所述第三用户终端440对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端440用于对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器410；
在所述服务器410对所述第三用户终端430所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器410还用于对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果；以及根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端420、所述第二用户终端430和所述第三用户终端440所传递的信息，从而完成信息的收集。
可选地，所述服务器410用于根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
在一可能的实施例中，在所述第一用户终端420用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端430之前，还包括：所述第一用户终端420用于确定是否存在窃听。
第三实施例
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施例中的所述基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，为避免重复，此处不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD－ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景的方法。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法，其特征在于，所述方法包括：
服务器随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度；
所述服务器分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列；
所述服务器根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列；
所述服务器将所述第一发送序列发送至第一用户终端；
所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端；
在所述第二用户终端对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终端对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端；
在所述第三用户终端对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器；
在所述服务器对所述第三用户终端所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果；
所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的所述服务器根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列，包括：
所述服务器将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：
所述第一用户终端对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的所述服务器根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：
所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；
所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在所述第一用户终端对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端之前，还包括：
所述第一用户终端确定是否存在窃听。
6.一种基于三个自由度的量子安全直接信息通信系统，其特征在于，所述系统包括：服务器、第一用户终端、第二用户终端和第三用户终端，其中，
所述服务器用于随机制备N个超纠缠贝尔态和M个诱骗态光子，每个所述超纠缠贝尔态包括第一光子和第二光子，每个所述第一光子、所述第二光子和每个所述诱骗态光子均包含多个自由度，所述多个自由度包括用于表征左右纵向动量自由度的第一自由度、用于表征内外纵向动量自由度的第二自由度以及用于表征偏振自由度的第三自由度；
所述服务器还用于分别从每个所述超纠缠贝尔态中抽取所述第一光子组成第一序列，抽取所述第二光子组成第二序列；及根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列；以及将所述第一发送序列发送至第一用户终端；
所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端；
在所述第二用户终端对接收的所述第一用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第二用户终端用于对所述第一用户编码序列所对应的所述第二自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第二用户编码序列，并将所述第二用户编码序列发送至第三用户终端；
在所述第三用户终端对第二用户终端所发送的所述第二用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述第三用户终端用于对所述第二用户编码序列所对应的所述第三自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子后生成第三用户编码序列，并将所述第三用户编码序列返回至所述服务器；
在所述服务器对所述第三用户终端所返回的所述第三用户编码序列进行安全性检测，确认无窃听后，所述服务器还用于对所述第三用户编码序列和所述第二序列做联合超纠缠贝尔态测量，得到目标测量结果；以及根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述服务器用于根据所述第一序列和M个所述诱骗态光子，生成第一发送序列，包括：
将M个所述诱骗态光子随机插入所述第一序列中，生成第一发送序列。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，包括：
对所述第一序列中的每个所述第一光子和每个所述诱骗态光子所对应的所述第一自由度进行编码。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述服务器用于根据所述目标测量结果以及初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息，从而完成信息的收集，包括：
所述服务器根据N个所述超纠缠贝尔态得到初始测量结果；
所述服务器根据所述目标测量结果和所述初始测量结果确定所述第一用户终端、所述第二用户终端和所述第三用户终端所传递的信息。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述第一用户终端用于对所述第一序列的所述第一自由度进行编码，并随机置入若干个诱骗态光子，生成第一用户编码序列，将所述第一用户编码序列后发送至第二用户终端之前，还包括：
所述第一用户终端用于确定是否存在窃听。
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| CN201810782220.2A CN108650089A (zh) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | 基于三个自由度的量子安全直接信息通信方法及系统 |
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