CN115378579A - 一种基于量子纠缠的多方数据同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于量子纠缠的多方数据同步方法，包括：获取协议多方分发共享的多个纠缠态；协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。解决多方通信抵御成本高，决策瞬时性的问题。

Description

一种基于量子纠缠的多方数据同步方法及装置

技术领域

本申请涉及量子力学应用领域，具体涉及一种基于量子纠缠的多方数据同步方法，同时涉及一种基于量子纠缠的多方数据同步装置。

背景技术

两方或者多方先共享多个量子多粒子纠缠态，每方保存每个纠缠态中的一个粒子。在需要同步数据进行决策的时候，可以通过测量自己粒子，得到随机但是多方完全一致的结果，从而通过这个结果进行随机决策。由于测量结果完全随机，多方之间没有传递信息量，所以不需要经典通信。

比如在网络联机游戏中，假设在一个对战的场景，进攻方的A和B决定联手攻击防守方的多个目标中的一个。一般情况下防守方C在一个目标部署两个人即可阻止A和B的联手攻击，但是如果目标只部署一个人防守则无法成功，然而C没有足够的人手在每个目标都部署两个或者以上的人。于是A和B决定用本主题实现的方案随机在防守方C的多个目标中选择一个目标联手攻击。此时该方案虽然没有传递信息，选择完全是随机的，但是具有以下重要优势：

随机一致性：A和B在任何结果下都能保证双方同时进攻同一个目标，使得A+B在大于目标防守人员数目的时候可以取胜。

抵御成本高：因为A和B的测量结果完全随机，在事先无法知悉，C只能选择双倍的人员数量对所有的目标都进行保护，然而人手不足，因此无法完成。

决策瞬时性：如果A和B的决策和操作有延时，假设A前B后，或者C干扰B的决策使得B落后于A，则C可以通过A的操作来快速得知B的操作，可以抢在B之前保护A进攻的目标，使得B无法完成任务。但是在该方案里A和B可以同时决策，不存在理论上的延时，使得C无法保护。

现有技术采用经典通信，A和B可以实现随机或者确定性的数据同步完成决策，但是存在两个核心问题：无法解决抵御成本高的问题，即C可以破解A和B的经典通信，提前知道A和B需要攻击的对象，只需要保护该对象即可；无法解决决策瞬时性的问题，即A和B仍然需要通信来传递数据，具有理论上的延时，此时C抢先保护被攻击的对象。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种基于量子纠缠的多方数据同步方法，包括：

获取协议多方分发共享的多个纠缠态；

协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；

协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

优选的，获取协议多方分发共享的多个纠缠态，包括：

协议的m方通过纠缠分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。

优选的，协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步，包括：

协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>，|1>}基础的测量；

根据量子测量的原理，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，协议多方同步获得一致的N比特随机数b，0<＝b<N。

优选的，在实现多方随机多比特的数据同步的步骤之后，还包括：

根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

本申请同时提供一种基于量子纠缠的多方数据同步装置，包括：

纠缠态获取单元，用于获取协议多方分发共享的多个纠缠态；

检测和提升单元，用于协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；

数据同步单元，用于协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

优选的，纠缠态获取单元，包括：

纠缠态获取子单元，协议的m方通过纠缠分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。

优选的，数据同步单元，包括：

基础测量子单元，协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>，|1>}基础的测量；

比特结果测量子单元，根据量子测量的原理，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

随机结果获得子单元，根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，协议多方同步获得一致的N比特随机数b，0<＝b<N。

优选的，还包括：

决策单元，根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种基于量子纠缠的多方数据同步方法的流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的三层决策树的树型图；

图3是本申请实施例提供的一种基于量子纠缠的多方数据同步装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本申请提供一种基于量子纠缠的多方数据同步方法及装置，其方法流程图如图1所示，下面结合图1对本申请提供方法进行详细说明。

步骤S101，获取协议多方分发共享的多个纠缠态。

假设该协议里有m方，即A1，A2，…，Am方，需要随机决策的选择有N个。

协议的m方通过纠缠分发或者其他方式分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子(量子比特)，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。如果加上纠错，则至少有m个逻辑粒子(逻辑量子比特)，对应更多的物理粒子(物理量子比特)。

特别的当m＝2的时候，纠缠态为

注意到纠缠态的数据n＝log₂N。

步骤S102，协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态。

在真正进行决策之前，为了保证任何一方不知道最终随机决策的结果，同时也保证纠缠态的准确度，协议的m方定期通过纠缠纯化或者其他纠错方式检测和提升上述纠缠态的纯度。这时候是需要多方进行通信完成纠缠纯化等纠错协议。

步骤S103，协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

多方事先约定好决策的时刻，或者决策的契机，这个契机不需要多方通信来确定。

在需要决策的时刻，协议的m方，分别对自己手里的n个纠缠态的n个粒子分别进行测量，实现m方随机n比特的数据同步。

a)首先在上述给出的纠缠态上，协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>，|1>}基础的测量；

b)根据量子测量的原理，在高纯度的纠缠态做上述测量，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

C)根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，通过这一随机同步的过程，m方的结果保持一致，协议多方同步获得一致的n比特随机数b，0<＝b<N。

根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

假设该协议里有m方，即A1，A2，…，Am方，需要随机决策，方案如图2的树形图。

图3是一个3层决策树的例子，第一次决策决定走目标00或者目标01，假如是目标00，然后再做第二次决策的决策00，决定走目标000或者目标001，依次类推可以得到n层决策树。数据同步步骤如下：

1、协议的m方通过纠缠分发或者其他方式分发共享n个纠缠态，n为决策树的层数，其中每个纠缠态状态如下：

即每个纠缠态有至少m个粒子(量子比特)，每个粒子由一方来保存。如果加上纠错，则至少有m个逻辑粒子(逻辑量子比特)，对应更多的物理粒子(物理量子比特)。

特别当m＝2的时候，纠缠态为

可以使用其他的纠缠态，只要达到目的即可。

2、在真正进行决策之前，为了保证任何一方不知道最终随机决策的结果，同时也保证纠缠态的准确度，协议的m方定期通过纠缠纯化或者其他纠错方式检测和提升上述纠缠态的纯度。这时候是需要多方进行通信完成纠缠纯化等纠错协议。

3、多方事先约定好决策的时刻，或者决策的契机，这个契机不需要多方通信来确定。

4、在需要决策的时刻，根据决策树的层数，从第一层决策0的时刻t0开始，

a)在t0时刻协议m方别对自己手里的第一个纠缠态的粒子分别进行测量，实现第一层决策数据的同步。

b)首先在上述给出的纠缠态上，协议的每一方对自己保存的量子比特进行{|0>,|1>}基上的测量。

c)根据量子测量的原理，在高纯度的纠缠态做上述测量，协议的每一方可以随机得到0和1的一个比特的结果。

d)根据量子纠缠原理，协议的每一方测量得出的随机结果是完全同步的，即m方得到的随机的一个比特是完全一致的.

e)根据决策0的随机比特同步的结果，m方作出决策，根据随机的一个比特

i.如果是0则选择目标00；

ii.如果是1则选择目标01。

f)依据决策0的结果，进到下一层决策

i.如果随机的一个比特是0，则在t1时刻进行决策00；

ii.如果随机的一个比特是0，则在t1时刻进行决策01。

g)在t1时刻重复从4a开始，指导决策树层树走完。

5、假设决策树每个节点的目标都是需要保护的对象，因为决策完全随机，保护方需要同时保护所有的目标，总共有

2+4+8+…+2ⁿ＝2ⁿ⁺¹-2

因此保护方需要投入n的指数级资源才能完成对所有目标的保护。

基于同一发明构思，本申请同时提供一种基于量子纠缠的多方数据同步装置300，如图3所示，包括：

纠缠态获取单元310，用于获取协议多方分发共享的多个纠缠态；

检测和提升单元320，用于协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；

数据同步单元330，用于协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

优选的，纠缠态获取单元，包括：

纠缠态获取子单元，协议的m方通过纠缠分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。

优选的，数据同步单元，包括：

基础测量子单元，协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>，|1>}基础的测量；

比特结果测量子单元，根据量子测量的原理，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

随机结果获得子单元，根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，协议多方同步获得一致的N比特随机数b，0<＝b<N。

优选的，还包括：

决策单元，根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

通过本申请提供的基于量子纠缠的多方数据同步方法及装置，引用量子通信后，可以实现随机或者确定性的数据同步完成决策，可以解决多方通信抵御成本高的问题，根据多方随机多比特的数据同步，获得的一致的比特随机数，进行多个选项中的决策，解决决策瞬时性的问题。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于量子纠缠的多方数据同步方法，其特征在于，包括：

获取协议多方分发共享的多个纠缠态；

协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；

协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

2.根据权利要求1所述的多方数据同步方法，其特征在于，获取协议多方分发共享的多个纠缠态，包括：

协议的m方通过纠缠分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。

3.根据权利要求1所述的多方数据同步方法，其特征在于，协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步，包括：

协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>，|1>}基础的测量；

根据量子测量的原理，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，协议多方同步获得一致的N比特随机数b，0<＝b<N。

4.根据权利要求1或3所述的多方数据同步方法，其特征在于，在实现多方随机多比特的数据同步的步骤之后，还包括：

根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

5.一种基于量子纠缠的多方数据同步装置，其特征在于，包括：

纠缠态获取单元，用于获取协议多方分发共享的多个纠缠态；

检测和提升单元，用于协议多方进行通信，通过纠错检测和提升所述多个纠缠态的纯度；以获取高纯度的纠缠态；

数据同步单元，用于协议多方分别对各自的多个纠缠态包含的多个粒子，分别进行测量，实现多方随机多比特的数据同步。

6.根据权利要求5所述的多方数据同步装置，其特征在于，纠缠态获取单元，包括：

纠缠态获取子单元，协议的m方通过纠缠分发共享n个纠缠态，其中每个纠缠态状态如下：

每个纠缠态有至少m个粒子，每个粒子由协议的m方中的一方来保存。

7.根据权利要求5所述的多方数据同步装置，其特征在于，数据同步单元，包括：

基础测量子单元，协议多方分别对各自保存的n个量子比特进行{|0>,|1>}基础的测量；

比特结果测量子单元，根据量子测量的原理，协议多方的任意方随机得到0和1的结果，协议的第i方得到n比特的结果为

b_i1b_i2…b_in

其中b_ij每一个是随机二进制比特值；

随机结果获得子单元，根据量子纠缠原理，协议多方通过测量获得的随机结果为，

b₁₁b₁₂…b_1n＝b₂₁b₂₂…b_2n＝…＝b_m1b_m2…b_mn＝b₁b₂…b_n＝b

所述随机结果完全同步，协议多方同步获得一致的N比特随机数b，0<＝b<N。

8.根据权利要求5或7所述的装置，其特征在于，还包括：

决策单元，根据同步获得的N比特随机数b，进行N个选项中的决策。

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