[发明专利]一种无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议

摘要

双向量子安全直接通信的目的在于使合法通信双方能够同时交换彼此的秘密信息。本发明提出一个无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议。在该协议中，合法通信双方Alice和Bob在控制者Charlie的控制下实现无信息泄露地交换彼此的秘密信息。该协议利用3个Bell态纠缠交换后的测量相关性来克服信息泄露问题。另外，该协议仅仅利用Bell态作为量子资源，而且仅仅需要进行Bell测量，所以实现起来较方便。

主权项

1.一种无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议，通过利用3个Bell态纠缠交换后的测量相关性来克服信息泄露问题，仅仅利用Bell态作为量子资源，而且仅仅需要进行Bell测量，包括以下六个过程：S1)初态的制备：Alice制备3N个都处于|Φ⁺>的Bell态并将其分成N组，这样每组有3个都处于|Φ⁺>的Bell态(即和)；而且，她将这些粒子分成6个粒子序列，即SA2={P1(A2),P2(A2),···,PN(A2)},]]>SB1={P1(B1),P2(B1),···,PN(B1)},]]>SB2={P1(B2),P2(B2),···,PN(B2)},]]>SC1={P1(C1),P2(C1),···,PN(C1)}]]>和SC2={P1(C2),P2(C2),···,PN(C2)};]]>S2)第一轮窃听检测的准备：Alice产生粒子都随机处于{|0>，|1>，|+>，|->}4个量子态之一的4个粒子集合用于窃听检测；这4个粒子集合分别用和表示，其中被用于从Alice传输到Bob的窃听检测，被用于从Alice传输到Charlie的窃听检测；Alice将和分别随机插入和相应地，和转化为4个新序列和Alice将所有样本粒子的制备基和它们在新序列的位置记录下来；S3)第一轮传输和窃听检测：Alice将2个序列和传送给Bob，将2个序列和传送给Charlie，同时自己保留2个序列和在Bob(Charlie)向Alice证实他(她)已经收到2个序列和(和)后，Alice首先公布样本粒子的位置和相应的制备基；然后，Bob(Charlie)用Alice公布的制备基测量样本粒子并告诉Alice他(她)的测量结果；Alice通过比较样本粒子的初态和Bob(Charlie)的测量结果来判断是否存在窃听，如果存在窃听，Alice中断通信，否则继续通信；S4)纠缠交换后的Bell测量和Alice的编码：在剔除样本粒子后，和分别转变回和Alice从中取出1个粒子并从中取出相应的1个粒子组成1个粒子对，即(P_n(A₁)，P_n(A₂))(n＝1，2，…，N)为来自和的第n个粒子对；Bob(Charlie)对和(和)也进行同样的操作；然后，他们都对自己的粒子对进行Bell测量，换句话说，Alice、Bob和Charlie分别用Bell基测量(P_n(A₁)，P_n(A₂))、(P_n(B₁)，P_n(B₂))和(P_n(C₁)，P_n(C₂))，相应地，纠缠交换后，(P_n(A₁)，P_n(A₂))、(P_n(B₁)，P_n(B₂))和(P_n(C₁)，P_n(C₂))都坍塌为一个新的Bell态；然后，Alice对(P_n(A₁)，P_n(A₂))施加酉操作来编码自己的2比特秘密信息，这样(P_n(A₁)，P_n(A₂))就转变成S5)第二轮传输和窃听检测：Alice产生粒子都随机处于{|0>，|1>，|+>，|->}4个量子态之一的2个粒子集合用于窃听检测；这2个粒子集合分别用和来表示，其中用于从Alice传输到Bob的窃听检测；Alice分别将和随机插入和相应地，和转化成2个新序列和Alice将所有样本粒子的制备基和它们在新序列的位置记录下来；然后，Alice将2个序列和传送给Bob；在Bob向Alice证实他已经收到2个序列和后，Alice首先公布样本粒子的位置和相应的制备基；然后，Bob用Alice公布的制备基测量样本粒子并告诉Alice他的测量结果；Alice通过比较样本粒子的初态和Bob的测量结果来判断是否存在窃听，如果存在窃听，Alice中断通信，否则继续通信；S6)量子对话：在剔除样本粒子后，2个序列和分别转变回和这样Bob手上拥有4个序列和Bob对施加酉操作来编码他的2比特秘密信息，那么转变成然后，Bob用Bell基测量如果Charlie允许Alice和Bob之间的对话，她向Bob公布自己对(P_n(C₁)，P_n(C₂))的测量结果；根据Charlie的公布和他自己对(P_n(B₁)，P_n(B₂))的测量结果，Bob能够推断出Alice对(P_n(A₁)，P_n(A₂))的测量结果；而且，根据他自己的酉操作和他自己对的测量结果，Bob能够推断出Alice的2比特秘密信息；另一方面，Bob直到自己收到Charlie对(P_n(C₁)，P_n(C₂))的公布才向Alice公布他对的测量结果；根据她自己对(P_n(A₁)，P_n(A₂))的测量结果、她自己的酉操作和Bob对测量结果的公布，Alice能够推断出Bob的2比特秘密信息；如果Charlie不允许Alice和Bob之间的对话，她将不向Bob公布她对(P_n(C₁)，P_n(C₂))的测量结果，那么Bob将无法知道Alice对(P_n(A₁)，P_n(A₂))的测量结果，而且，Bob也不向Alice公布自己对的测量结果，因此，Alice和Bob之间的对话将中断。