[发明专利]抗集体退相位噪声的两方安全半量子求和方法

说明书

本发明提出一种抗集体退相位噪声的两方安全半量子求和方法，使得两个经典通信者能在一个量子半忠诚第三方的帮助下实现她们隐秘二进制序列的求和。“半忠诚”意味着第三方被允许按照她自己的意志发起攻击但不能与其他任何人共谋。这个方法无需在任意两方之间事先共享一个随机密钥，并采用逻辑量子比特作为信息载体来克服集体退相位噪声的负面影响。安全性分析表明，本发明的方法能有效防止Eve的外在攻击以及第三方和不忠诚通信者的参与者攻击。本发明的方法能容易地被应用与半量子隐私比较。

技术领域

本发明涉及量子密码学领域。本发明设计一种抗集体退相位噪声的两方安全半量子求和方法，使得两个经典通信者能在一个量子半忠诚第三方的帮助下实现她们隐秘二进制序列的求和。

背景技术

作为量子安全计算的一个基本分支，安全量子求和问题可被描述为：n个用户，P₁,P₂,...,P_n，分别拥有隐秘输入 X₁,X₂,...,X_n，想在X₁,X₂,...,X_n不被泄露的基础上安全计算X₁,X₂,...,X_n的求和，即sum(X₁,X₂,...,X_n)。最近，许多研究者已经在安全量子求和上投入极大的热情以致于安全量子求和已经获得相当程度的发展。Heinrich在2002年将量子求和引入到积分[1]，接着在2003年研究最差平均情形下可重复的量子布尔函数[2]。许多安全量子求和方法通过不同的量子技术和量子态已经被构建出来，例如，基于两粒子N级纠缠态的[3]，基于非正交态的[4]，基于单光子和多粒子GHZ纠缠态的[5]，基于双自由度单光子的[6,7]，基于六量子比特最大纠缠态的[8]，基于离散量子傅里叶变换、控制非操作和离散逆量子傅里叶变换[9]，解决特殊两方隐私求和问题的[10]，基于单光子的[11]，基于离散量子傅里叶变换的[12]，基于d级Cat态和d级Bell态纠缠交换的[13]，基于量子底特移位操作的[14]，基于d级量子系统相互无偏基的[15]，基于d级量子系统相位移位操作的[16]等。

最近，基于著名的BB84方法[17]，Boyer等[18-19]提出不要求所有方都具备量子能力的半量子密码这一全新概念。在一个半量子密码方法中，经典方在量子信道总是被受限于执行以下操作：①传送或不带干扰地返回量子比特；②利用经典基{|0,|1}(即Z基)测量量子比特；③产生(新的)量子比特处于经典基{|0,|1}；④(利用不同延迟线)置乱量子比特。显然，与传统量子密码相比，半量子密码将部分方从量子叠加态和量子纠缠态的制备和测量中解放出来以致于它有利于她们减轻量子态制备和测量的负担。文献[3-16]中的量子求和方法都要求所有方具备量子能力。是否存在一个适用于经典通信者的半量子求和方法值得探讨。幸运地是，Zhang等[20]提出了首个半量子求和方法从而给这个问题一个肯定的答案。然而，Zhang等的半量子求和方法[20]没有考虑噪声的负面影响，只适用于理想无噪声量子信道。因此，怎么设计出一个能适用于噪声量子信道的半量子求和方法是急于解决的。

基于以上分析，本发明聚焦于设计一个可在集体退相位噪声信道运行的半量子求和方法。与Zhang等的半量子求和方法[20]相比，本发明的半量子求和方法在现实中更加可行。

参考文献

[1]Heinrich,S.:Quantum summation with an application to integration.JComplex,2002,18(1):1-50

[2]Heinrich,S.,Kwas,M.,Wozniakowski,H.:Quantum Boolean summation withrepetitions in the worst-average setting. 2003,http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0311036