[发明专利]基于腔QED的无信息泄露量子对话协议

摘要

信息泄露已经成为量子对话的一个严重安全威胁。本发明充分利用腔QED中原子的演化规律提出一个基于腔QED的无信息泄露量子对话协议。本发明的协议利用腔QED中两个Bell态纠缠交换和演化后的测量相关性来克服信息泄露问题。而且，本发明的协议能够通过安全检测探测到外部窃听者的主动攻击。因此，本发明协议的安全性能够得到保证。

主权项

1.一种基于腔QED的无信息泄露量子对话协议，利用腔QED中两个Bell态纠缠交换和演化后的测量相关性来克服信息泄露问题，共包括以下五个过程：S1)初态的制备和第一轮传输：Alice制备2N个都处于|Ψ^->的Bell态{(A₁，B₁)，(A₂，B₂)，…，(A_2N，B_2N)}，其中下标表示每个Bell态的顺序；来自每个Bell态的原子A和B分别一起组成有序原子序列S_A和S_B，即S_A＝{A₁，A₂，…，A_2N}和S_B＝{B₁，B₂，…，B_2N}；Alice制备大量随机处于四个量子态{|g>，|e>，|+>，|->}之一的单原子用于第一轮安全检测，其中|+>=(|g>+|e>)/2]]>和|->=(|g>-|e>)/2,]]>并将这些单原子随机插入序列S_B形成一个新序列S′_B；然后，Alice将S′_B发送给Bob；S2)第一轮安全检测：在Bob向Alice证实他已经收到序列S′_B后，Alice公布样本原子的位置和相应的制备基；然后，Bob用与Alice的制备基相同的基态测量样本原子并告诉Alice他的测量结果；Alice通过比较样本原子的初态与Bob的测量结果来判断是否存在窃听；如果错误率超过门限，Alice停止通信，否则通信继续；S3)腔QED中的演化和Bob的编码：在剔除样本原子后，序列S′_B转变回S_B；Alice和Bob让他们各自的原子序列中的相邻两个原子形成一个两原子组，即(A_2n-1，A_2n)和(B_2n-1，B_2n)(n＝1，2，…，N)分别是S_A和S_B的第n个两原子组；然后Alice将S_A的每个两原子组送入上面描述的单模腔；在经典场驱动下，两个原子A_2n-1和A_2n同时与单模腔发生反应；Alice选择拉比频率和反应时间满足Ωt＝π和λt＝π/4；然后，在它们飞出单模腔后，Alice用Z基{|g>，|e>}探测两个原子A_2n-1和A_2n的状态；与此同时，Bob对S_B的每个两原子组(B_2n-1，B_2n)施加Bell基测量；Alice能够根据腔QED中两个Bell态纠缠交换和演化后的测量相关性推断出(B_2n-1，B_2n)的Bell基测量结果；然后，Bob对(B_2n-1，B_2n)的第一个原子施加酉操作来编码他的两比特秘密信息，相应地，(B_2n-1，B_2n)转变为S4)第二轮传输和第二轮安全检测：Bob制备大量随机处于四个量子态{|g>，|e>，|+>，|->}之一的单原子用于第二轮安全检测，并将这些单原子随机插入序列S_B形成一个新序列S″_B；然后，Bob将S″_B发送给Alice；在Alice向Bob证实她已经收到S″_B后，Bob首先公布样本原子的位置和相应的制备基；然后，Alice用与Bob的制备基相同的基态测量样本原子并告诉Bob她的测量结果；Bob通过比较样本原子的初态和Alice的测量结果来判断是否存在窃听；如果错误率超过门限，Bob停止通信，否则通信继续；S5)量子对话：在剔除样本原子后，序列S″_B转变回S_B；现在，Alice手上拥有两个序列S_A和S_B；Alice对的第二个原子施加酉操作来编码她的两比特秘密信息，相应地，转变为然后，Alice对施加Bell基测量并公布测量结果；根据他自己对(B_2n-1，B_2n)的Bell基测量结果和他自己的酉操作Bob能够从Alice对的宣布推断出Alice的两比特秘密信息；另一方面，既然她利用腔QED中两个Bell态纠缠交换和演化后的测量相关性能够知道(B_2n-1，B_2n)的Bell基测量结果，根据她自己的酉操作和她自己对的测量结果，Alice能够推断出Bob的两比特秘密信息。