[发明专利]非最大纠缠两能级bell态的量子对话方法

说明书

本发明公开了一种非最大纠缠两能级bell态的量子对话方法。本发明一种基于非最大纠缠两能级Bell态的量子对话方法，通信双方Alice与Bob，使用多个非最大纠缠Bell态a|00+b|11作为通信信道，借助一系列的安全检测，编码操作将待传信息编码至信道中，最后根据Alice对信道执行单比特测量和POVM测量的结果，通信双方可解码出对方的信息，进而实现了一定容量的量子对话。本发明主要特征在于：(1)本发明打破了以往最大纠缠信道下的量子对话方法局限，将量子对话推广到非最大纠缠信道的场景。(2)本发明仅使用Pauli阵、CNOT操作、单比特测量、POVM测量，且操作流程简单，具有一定的可行性。(3)本发明实现的量子对话的容量为(x为{2a²,2b²}中的最大值，为向下取整符号)。

技术领域

本发明涉及量子通信安全领域，具体涉及一种非最大纠缠两能级bell态的 量子对话方法。

背景技术

密码学在当今的信息社会中扮演着越来越重要的角色。随着量子技术的飞 速发展和量子计算机的实现，经典密码系统可能面临着潜在的危险。幸运的是， 量子密码学可以克服这个问题，因为它使用了量子力学中获得的无条件安全的 物理原理—不可克隆定理和测不准定理。因此,研究人员们开始深入研究量子密 码学，并取得了许多重要的成果。量子密码学最迷人的应用之一是量子密钥分 配(QKD)。QKD允许建立两个远程合法用户一种通过光子传输的共享密钥。到目 前为止，研究者们已经提出改进了许多QKD协议。另一个重要的应用是量子安 全直接通信(QSDC)，不同于QKD，QSDC允许两个合法用户在事先不共享密钥的 情况下以一个安全的方式直接传输他们的密码信息。因此,QSDC协议对通信信道有很高的安全要求，它是非常有用的和重要的，尤其在紧急情况下。QSDC协 议允许用户之间单向通信，而双向直接量子通信允许两个用户同时交换他们的 秘密消息，即所谓的量子对话(QD)。

2004年,Nguyen概述了第一个量子对话协议。此后，研究人员基于不同量 子态提出了各种量子对话协议。最近,一些新的通信方式被提出，例如受控量子 对话(CQD)，其用户中有一个控制方来监管通信。2006年，Man等人的使用了 Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态和密集编码并在控制方的的帮助下实现量 子对话控制器。2013年,Ye等人指出，Man等人的协议存在信息问题并给出了 两种基于GHZ状态和EPR对的改进方案规避了这个问题。2015年，Chang等 人的表明Ye的协议是可以被拦截和重发攻击的，并通过应用EPR态提供了一 个改进的协议。在2016年，Kao等人的指出，之前的一些CQD协议仍然存在 易受内部参与者的合谋攻击，并提出了改进的协议实例CQD。虽然以前的CQD 协议可以防御大多数的攻击，但关于信息泄漏问题和内部攻击，如不诚实控制 方的攻击，在很多协议中被忽略。幸运的是,到目前为止，研究者们已经提出了 一些经过验证下的量子对话(AQD)协议。2011年，Naseri提出了一种基于单光 子的AQD协议，但效率较低。然后，2013年Shen等人提出了一种使用贝尔态 的协议。不幸的是，Lin等人指出Shen等人的协议中仍存在着中间方的攻击。 随后，他们又提出了一个基于贝尔状态和哈希函数的AQD协议。2018年，Li 等人指出Lin等人的协议复杂度较高，且量子损耗较大，他们提出了一种基于 一类GHZ态的AQD协议，该协议安全性高，传统技术存在以下技术问题：效 率高。

然而目前的量子对话协议基本都是在最大纠缠信道的场景下进行的，不具 有一般性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种非最大纠缠两能级bell态的量子对话 方法。