[发明专利]基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子秘密共享方法

权利要求书

1.一种基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子秘密共享方法，其特征在于，利用轨道角动量量子态编码，实现高容量的量子秘密信息的共享，包括如下步骤：

步骤1：进行量子态编码；

设高维度量子空间的维度为p，p为大于2的整数；

构造量子空间中的轨道角动量相位控制算符参数ω＝e^i2π/p，ω表示路径自由度；

构造量子空间中的轨道角动量大小控制算符

构造量子态编码的具体形式，为两组完备的本征量子态，其形式表示为：

{|t>，t＝0，1，2，...，p-1}以及{|ψ_t>}；

其中，参数s_j＝j+(j+1)+...+(p-1)，k表示0，1，2，...，p-1中任意数值；

步骤2：进行环形量子秘密共享通信，设通信三方为Alice、Bob和Charlie，其中Alice将光子序列发送给Bob，Bob经过编码操作以后发送给Charlie，Charlie编码操作以后发送给Alice；通信开始前，预先选定维度空间p，具体通信过程包括步骤2.1～步骤2.4；

步骤2.1：Alice随机地制备一组光子序列，其内每个光子的轨道角动量状态随机处在本征量子态空间或者中；Alice将制备的光子序列发送给Bob；

步骤2.2：Bob接收到光子序列后，从该光子序列中随机地选出一部分光子作为校验光子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子；Bob对校验光子随机在或/和空间进行测量，得到校验光子的轨道角动量状态；然后Bob对待编码光子随机进行编码操作，将编码完成的光子发送给Charlie；

Bob在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，具体是：对待编码光子的轨道角动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取或者进行操作，利用操作编码逻辑比特0，利用操作编码逻辑比特h，其中为单位矩阵，h的取值范围为(1，2，...，p-1)；

步骤2.3：Charlie在接收到Bob编码后的光子序列后，从该光子序列中随机选出一部分作为校验光子，则该光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子；

Charlie对校验光子随机在或/和空间进行测量；然后Charlie对待编码光子随机进行编码操作，将编码完成的光子发送给Alice；

Charlie在待编码光子上根据自己的密钥字串进行编码操作，对待编码光子的轨道角动量，根据需要传输的h进制信息序列，随机的选取或者进行操作，利用操作编码逻辑比特0，利用操作编码逻辑比特h；

步骤2.4：Alice接收到光子序列后，分别和Bob、Charlie通过公开信道比对校验光子的位置、测量基和测量结果，判断比特误码率是否低于通信信道的安全阈值，若是，则通信信道是安全的，否则通信信道不安全；

通信信道安全时，Alice对比光子轨道角动量的初始状态和最终状态，读取Bob和Charlie联合所进行的编码操作，Alice的密钥是Bob和Charlie的编码密钥的乘积；通信信道不安全时，停止通信。

2.根据权利要求1所述的基于光子轨道角动量编码实现的高容量量子秘密共享方法，其特征在于，所述的发送方Alice，级联p个轨道角动量分离器，校验光子通过级联的p个轨道角动量分离器，随机进行或/和操作，其中操作通过相移片完成，操作通过四分之一波片和全息片共同作用实现；输出的不同轨道角动量值的光子分量沿不同路径输出，路径上标记有对应的轨道角动量值ω^j。