[发明专利]一种基于贝尔态的半量子安全直接通信方法及系统

权利要求书

1.一种基于贝尔态的半量子安全直接通信方法，其特征在于，所述基于贝尔态的半量子安全直接通信方法包括：

步骤一，强量子方从四组Bell态|φ^±,|ψ^±中随机选择，制备N＝4n(1+δ)对Bell态粒子，其中n是秘密消息的长度，δ是固定参数；强量子方将Bell态粒子中所有的“1”粒子组成Home序列，将所有的“2”粒子组成Travel序列；强量子方保存Home序列粒子，并将Travel序列的粒子发送给半量子方；

步骤二，收到强量子方发送的Travel序列后，半量子方对每个粒子随机选择测量或反射操作；进一步，在本步骤中，当半量子方执行测量操作时，半量子方随机选择Z基对粒子进行测量，并将测量结果保存为M_B，且M_B∈{0,1}；当执行反射操作时，半量子方不对粒子做任何操作，直接将其全部发回给强量子方；当N数量足够大，半量子方选择测量和反射的粒子总数均为2n；

步骤三，强量子方通过量子存储器设备暂时存储半量子方反射回来的粒子序列，并且强量子方通过经典信道告知半量子方反射回的粒子接收完成；半量子方公布所有的反射粒子在Travel序列中的具体位置信息；强量子方根据半量子方公布的信息，在Home序列中选择相同位置的粒子，与接收的反射粒子一起执行Bell基测量，进行窃听检测操作；进一步，在本步骤中，N数量足够大时，反射的粒子总数为2n；强量子方进行2n组Bell态粒子初始化，获得初始状态，当强量子方执行完Bell基测量后，与初始状态进行对比计算错误率，如果错误率低于双方约定的值，则强量子方丢掉所有反射回来的粒子，协议进行到下一步；否则双方取消通信；

步骤四，强量子方对剩余的Home序列粒子选择Z基进行测量，得到测量结果M_A，且M_A∈{0,1}；强量子方从中随机挑选n个粒子组成编码序列M_e；

随机挑选n个粒子组成窃听检测粒子序列，记为M_c；强量子方根据与半量子方共享的密钥序列key_ab，重新组合序列M_n＝M_e+M_c；强量子方将序列组合形成的M_n发送给半量子方；进一步，在本步骤中，双方约定编码规则为：当前位置的秘密信息为0时，强量子方不对粒子做任何操作，当前位置的秘密信息为1时，强量子方将这个位置的粒子相位取反，即得到编码序列，记为M_e；随机挑选n个粒子组成窃听检测粒子序列，记为M_c；

强量子方根据与半量子方共享的密钥序列key_ab，重新组合序列M_n＝M_e+M_c，具体规则为：当key_ab＝0时，当前位置的编码序列M_e放在窃听检测序列M_c的前面，当key_ab＝1时，当前位置的编码序列M_e放在窃听检测序列M_c的后面；强量子方将序列组合形成的M_n发送给半量子方；

步骤五，当半量子方完成接收M_n序列后，通过经典信道通知强量子方，并且半量子方使用Z基对M_n进行测量；根据key_ab，半量子方得知M_n中有关编码序列M_e和窃听检测序列M_c的正确位置顺序；强量子方公布编码序列M_e和窃听检测序列M_c粒子的初始Bell态粒子状态；

步骤六，半量子方完成测量操作后，通过窃听检测序列M_c的值以及M_B，根据强量子方公布的对应初始Bell态粒子状态，完成对步骤四的安全性检测；进一步，在本步骤中，如果强量子方制备的Bell态粒子状态为|φ^±，半量子方对M_B和M_c的测量结果不是00或11，如果强量子方制备的Bell态粒子状态为|ψ^±，半量子方对M_B和M_c的测量结果不是10或01，发生窃听或者错误；半量子方计算错误率，当错误率低于双方约定的值，协议继续进行，否则协议取消并返回步骤一；

步骤七，半量子方根据对编码序列M_e的测量值以及M_B的值，通过对比强量子方公布对应位置的初始Bell态信息，结合双方约定的编码规则，得到强量子方发送的n比特秘密信息m。