论文部分内容阅读
量子通信是利用量子力学的基本原理进行信息处理和传输的一种新型通信方式。与经典通信技术相比,量子通信具有保密性强、容量大、效率高等优点。随着量子通信技术的迅速发展,量子安全直接通信成为量子保密通信领域中的研究热点之一,它以量子态作为信息载体,不需要事先共享密钥而直接传送秘密信息。 量子对话属于双向的量子安全直接通信,它允许通信双方同时、相互地交换彼此的秘密信息。通信双方通过幺正变换将自己的秘密信息加密于量子态,根据初、末两个量子态和自己的秘密信息推出对方的秘密信息,实现通信双方的秘密交换。量子对话的安全性是基于量子不可克隆定理和量子测不准原理。在量子保密通信中,一般辅助经典通信必须公开,然而量子对话协议的秘密信息容易从合法通信者公开的辅助经典通信中泄露出去,这称为“信息泄露”。本文围绕无信息泄露的量子对话协议这一热点课题,借助量子态特性、受控非操作、密集编码、两步协议以及 Ping-pong协议,设计出一些无信息泄露的量子对话协议,并从信息论和密码学的角度分析所设计协议的安全性。本文主要研究工作如下: 根据 Ping-pong协议和受控非操作,提出了基于单光子的安全量子对话协议。Bob通过对加密后的单光子和辅助粒子执行受控非操作获取加密后的单光子量子态。该协议克服了早期基于单光子的量子对话协议中存在的信息泄露问题,同时具有较高的效率。 根据两步协议和受控非操作,提出了基于 W态的安全量子对话协议。 Alice制备3粒子 W态并分两步发给接收者 Bob,先发送其中一个粒子给接收者 Bob以通知 Bob剩余2粒子携带秘密消息前的量子初态;Alice再将秘密消息通过对应的幺正变换作用于剩余的2粒子纠缠态并发给 Bob。在整个通信过程中,每个粒子只被传送一次,这既减低了被窃听的风险又提高了协议的效率。 提出了三个在集体噪声信道上带身份认证的安全量子对话协议,分别用于抵抗集体消相干噪声、集体旋转噪声以及同时抵抗这两种集体噪声。利用无消相干子空间的量子态可免疫集体噪声影响的特性构造广义 GHZ态,选用广义幺正变换实现密集编码;在第一次窃听检测中加入身份认证,从而避免了中间人攻击,提高了协议的安全性;从信息论和密码学的角度详细地分析了协议的效率、安全性和信息泄露等性能。