[发明专利]一种对称并行控制双向量子安全直接通信方法

摘要

本发明公开了一种对称并行控制量子安全直接通信方法，利用多粒子GHZ态张量积作为量子通道，中心服务器负责分发构建量子信道的粒子，且利用窃听检测来保证粒子的安全发送，对话双方及控制方使用两个多粒子GHZ态张量积作为量子通道，只有在所有控制方的同意下，合法通信的对话双方才能够安全交换彼此的秘密信息。本发明采用并行控制的对话方法，所有持有GHZ态粒子中的一方都可能作为对话参与方或者控制方，因此参与各方地位完全对称等价，而一旦对话方确定下来，其它参与方作为控制方即可并行独立地完成控制操作和控制信息传送，控制并行操作可以保证时间最少。

主权项

1.一种对称并行控制双向量子安全直接通信方法，利用多粒子GHZ态张量积作为量子通道，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)准备量子信道：/n提供中心服务器和N+2个通信参与方，其中N为正整数；/n中心服务器制备2N+4个光子对， 其中粒子构成N+2个粒子GHZ态，粒子同样构成N+2个粒子GHZ态，中心服务器将所有粒子分成N+2组有序的粒子序列S_A、S_B、S_C1、S_C2、…、S_CN，分别为/n ，，/n ，，…，；/nS2）粒子分发与窃听检测：/n在N+2个通信参与方中确定两个对话方，分别为Alice和Bob，其余为控制方Charlie_t，t=1,2,…,N；/n中心服务器对所持有的粒子进行分配，并行将序列S_A分配给Alice，序列S_B分配给Bob，S_Ct (t=1,2,..,N)分配给Charlie_t(t=1,2,..,N)，在分发粒子时执行以下步骤：/n对于Alice，/n(A1) 中心服务器在序列S_A中随机加入若干诱骗粒子，形成序列S_A’传送给Alice，并告诉Alice诱骗粒子的位置，其中诱骗粒子为随机的四种量子态中的一种；/n(A2) Alice在接收端随机地选择Z基或X基测量；/n(A3) Alice通过普通的公共信道告诉中心服务器每次测量的测量结果；/n(A4) 中心服务器计算步骤(A3)中得到的测量结果的误码率，如果误码率超过预先设定的阈值，则表示存在窃听者，中心服务器放弃这次通信，重新执行步骤(A1)；/n对于Bob，/n(B1) 中心服务器在序列S_B中随机加入若干诱骗粒子，形成序列S_B’传送给Bob，并告诉Bob诱骗粒子的位置，其中诱骗粒子为随机的四种量子态中的一种；/n(B2) Bob在接收端随机地选择Z基或X基测量；/n(B3) Bob通过普通的公共信道告诉中心服务器每次测量的测量结果；/n(B4) 中心服务器计算步骤(B3)中得到的测量结果的误码率，如果误码率超过预先设定的阈值，则表示存在窃听者，中心服务器放弃这次通信，重新执行步骤(B1)；/n对于Charliet(t=1,2,..,N)，/n(C1) 中心服务器在序列S_Ct中随机加入诱骗粒子，形成序列S_Ct’传送给Charlie_t(t=1,2,..,N)，并告诉Charlie_t(t=1,2,..,N)诱骗粒子的位置，其中诱骗粒子为随机的四种量子态中的一种；/n(C2) Charlie_t(t=1,2,..,N)在接收端随机地选择Z基或X基测量；/n(C3) Charlie_t(t=1,2,..,N)通过普通的公共信道告诉中心服务器每次测量的测量结果；/n(C4) 中心服务器计算步骤(C3)中得到的测量结果的误码率，如果误码率超过预先设定的阈值，则表示存在窃听者，中心服务器放弃这次通信，重新执行步骤(C1)；/nS3) 对话方编码/nAlice拥有粒子A₁, A₂，Bob拥有粒子B₁, B₂，他们在对话之前约定好各自的编码信息，Alice，Bob分别对粒子A₁，B₂施行幺正操作U_i(i=1,2,3,4)来编码各自的两比特秘密信息，相应地A₁，B₂分别转变为U_iA₁，U_iB₂；/nS4)控制方操作及测量来实现控制对话过程/n各个控制方Charlie_t（t=1,2…N）各自对所拥有的两个粒子C_t, C_t’（t=1,2…N）进行H操作，实现量子态转换如下，/n /n然后，Charlie_t (t=1,2…N)对粒子C_t, C_t’以为基底进行单比特测量，Alice和Bob向Charlie_t (t=1,2…N)做出对话请求，如果Charlie_t (t=1,2…N)同意Alice与Bob之间的对话，则并行独立地将测量结果通过经典信息发送给Alice与Bob，如果不同意，则拒绝发送；/nS5)对话方解码/nAlice，Bob分别对粒子对(A₁A₂)，(B₁B₂)进行Bell基测量，并向对方公布测量结果，Alice和Bob根据对方和自己的测量结果，并结合自己所做的幺正操作U_i(i=1,2,3,4)及粒子的测量结果推断出对方的秘密信息。/n