[发明专利]单向传输量子通信方法和装置

说明书

本发明提供一种单向传输量子通信方法和装置，先在用户端之间预分享密钥；信息发送端根据该密钥制备单光子，并将待传信息编码至单光子量子态上，之后通过量子信道发送编码后的单光子给信息接收端；信息接收端接收编码后的单光子后，利用待传单光子进行量子信道的窃听检测，确认信道的安全性，之后利用预分享的密钥读取单光子信息，完成信息传输。本发明提供的量子直接通信方法量子态仅需在信道中传输一次，损耗更小、传输距离更长，不需要使用块传输技术，消除了双向协议对量子存储技术的依赖，实用性更好。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种单向传输量子通信方法和装置。

背景技术

不同于传统通信，量子通信的无条件安全性由物理原理保证，其高度安全的特点受到国际上的广泛关注。目前量子通信包括几个主流研究方向：量子直接通信(quantumsecure direct communication，QSDC)、量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)等。其中量子密钥分发先通过量子信道安全分发密钥，再利用经典信道传输加密信息；其产生的安全密钥可以和经典密码体系的一次一密相结合，后者已经被证明是无条件安全的。然而当同一密钥被重复使用时，其安全性将被破坏，因此传输需要消耗大量的密钥，不利于后续推广和使用。而量子直接通信是一种具有高安全性、可靠性的通信方式，在远距离双方之间直接利用量子信道传输被加载信息的量子态，实现对信息的安全直接传输。为保证信息传输安全，量子直接通信提出了多种双向传输的安全协议，包括两步协议、DL04协议等。这些双向协议采用的方法是用户端Bob制备一批量子态并用块传输技术传递给用户端Alice，双方进行量子信道的窃听检测，在确认信道安全之后Alice端再将量子态传送回Bob端。上述过程虽然能够很好地保障信息安全，但量子态需要在量子信道中传输两次，具有损耗大、传输距离短的弊端。同时，块传输技术需要量子存储，但目前量子存储的技术仍然不成熟，难以实用化。

发明内容

本发明提供一种单向传输量子通信方法和装置，用以解决现有技术中损耗大、传输距离短、实用性低的缺陷，实现更小损耗的、传输距离更长、实用性更好的通信。

本发明提供一种单向传输量子通信方法，用于信息发送端，包括：

获取待传信息，并将所述待传信息预编码，以生成待传数字串；所述待传数字串包括信息部分与检测部分；

从两组随机数中截取与所述待传数字串等长的第一密钥和第二密钥，其中，所述两组随机数为所述信息发送端与信息接收端预先共享的；

基于预设规则，利用所述第一密钥和所述第二密钥制备得到单光子；

根据所述待传数字串对所述单光子进行编码，以得到待传单光子，并向所述信息接收端逐个发送所述待传单光子；所述待传单光子携带有当前传输的传输密文。

根据本发明提供的一种单向传输量子通信方法，获取待传信息，并将所述待传信息预编码，以生成待传数字串，具体包括：

获取所述待传信息，并将所述待传信息转化为二进制数字串；

利用纠错编码器对所述二进制数字串进行预编码，以得到编码数字串；

随机生成一组随机数，将所述随机数随机地插入到所述编码数字串中，以得到待传数字串。

根据本发明提供的一种单向传输量子通信方法，所述预设规则包括：

所述第一密钥用于同步信息发送端与信息接收端的基矢选择；

所述第二密钥用于选择单光子的量子态。

根据本发明提供的一种单向传输量子通信方法，根据所述待传数字串对所述单光子进行编码，以得到待传单光子，具体包括：

在所述待传数字串中的数值为0的情况下，则对所述单光子实施U₀＝I量子门操作；