基于团簇态的量子秘密共享方案

提出了一个基于团簇态的量子秘密共享方案,发送者通过Pauli操作将经典秘密信息编码在团簇态上进行分发,接收者通过联合测量实现秘密共享。协议插入EPR对作为诱骗态以防止窃听,通过安全性分析证明本协议是安全的,可以抵抗截获-测量、截获-重发和纠缠-测量攻击。此外,协议传输一个四粒子团簇态可以共享四个经典比特信息,量子比特效率达到100%。     

可认证的多方量子秘密共享协议

利用Bell态的特性,提出一个可认证多方量子秘密共享协议.在协议中,秘密消息分发者通过局域幺正操作将两比特的经典秘密消息编码到量子载体中,并利用量子纠缠将其分割传输给n个代理人.每个代理人对手中的粒子进行Bell测量,以获得各自的子秘密.在消息重构过程中,当且仅当这n个代理人协作才能恢复出共享的秘密消息.同时,结合经典Hash函数对分发者和代理人的身份进行认证,实现双向认证的功能.最后,对协议的安全性和认证性进行了详细的讨论,表明所提方案在理论上是安全的.此外,本方案的实现只涉及到Bell态的制备和测量,这在现有的技术条件下是可行的.     

基于W态的量子安全直接通信协议

提出了一种新的两方量子安全直接通信协议。该方案利用有序的四粒子W态作为信息载体,利用幺正变换对秘密消息进行编码,通过当地Bell基测量和经典通信直接传递秘密消息。在理想信道下,协议对于非相干攻击是安全的。该方案的优点在于利用W态作为信息载体,较GHZ态而言,损耗要小得多,并且不需要在量子信道中传输载有秘密消息的量子比特。     

基于EPR对的任意四粒子Cluster类态全概率联合远程制备

采用4个EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)对作为量子信道,提出一种新的全概率联合远程制备任意四粒子Cluster类态方案。在这个新的方案中,一个制备者执行四粒子投影测量,另一个制备者对手中的粒子执行二粒子投影测量。然后,接收者对手中二粒子进行某种幺正操作,并分别对两个辅助粒子进行受控非门操作,从而最终得到需要制备的Cluster类态。与其他制备任意四粒子Cluster类态的全概率制备方案相比,所提协议效率较高,而且在实验上更经济可行。     

基于GHZ态的无酉操作多方量子秘密共享方案

为了简化多方量子秘密共享协议,利用Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态和互补基特性,提出了一种简单高效的多方量子秘密共享方案。该方案无需进行任何酉操作,发送方和多个接收方之间只需一次量子通信,并使用互补基进行测量即可完成信道安全检测和秘密共享。除去少量用于检测量子信道安全的粒子,其余每个GHZ态粒子共享一个比特的经典信息。安全性分析表明该方案是安全可靠的。     

利用纠缠态实现任意N粒子量子态的秘密共享

针对量子秘密共享的量子态局限于最大纠缠态的问题,提出一种实现任意N位量子态的秘密共享方案。该方案使用纠缠态作为量子信道,首先发送方对粒子进行Bell基测量,然后接收方Bob或Charlie使用单粒子测量,最后参与者根据Alice和单粒子测量得到的结果,选用合适的联合幺正变换对量子态进行相应的变换,这样可以实现任意N粒子量子态的秘密共享。该方案能够抵御外部窃听者和内部不诚实参与者的攻击,安全性分析表明此方案是安全的。     

基于W态的高效量子信息拆分方案

为提高基于W态的量子通信方案的效率,提出了一种新的基于W态的量子信息拆分(QIS)方案。该方案中,秘密分发者通过局域操作将经典信息编码在量子比特上,并在分发的量子比特中随机插入非正交态粒子进行检测窃听,参与者只需进行3粒子投影测量即可恢复秘密。方案使参与者能够利用1个W态直接共享2比特经典信息,并能够抵御截获-测量、截获-重发和纠缠附加粒子攻击,安全性得以保证。该方案效率较高, 理论上其量子比特效率为67%。     

使用Bell态的量子多方秘密共享协议

提出一个n方量子秘密共享协议。该协议使用Bell态粒子,通过参与者陆续进行Pauli操作和H操作完成秘密的共享。在通信方面,该协议利用量子信道完成秘密的直接共享,而经典信道则负责完成安全检验,确保共享过程的安全。在安全性方面,该协议可以抵抗中间人攻击以及内部不诚实参与者攻击。     

动态分等级量子比特共享协议

量子秘密共享是量子密码研究的一个重要分支,针对多方共享量子比特情况进行研究,提出一个新的动态量子比特共享协议。此协议中,参与共享的成员是分等级的,量子信息的管理者在无需建立新的量子信道的情况下可对秘密重构系统中的参与者进行裁员。裁员后,管理者通过量子操作可以对量子信息进行更新,而剩余的有效参与者无需对自己手中的粒子执行额外操作就可完成新信息重构。此外,还讨论了协议的正确性、安全性及共享成员的等级性。     

基于贝尔态的半量子安全直接通信协议

针对量子通信网络构建成本昂贵且效率低下的问题,基于贝尔态粒子和半量子理论,提出了一种易于实现的量子安全直接通信模型。首先,量子态的制备、Bell基测量等复杂操作交由拥有全部量子能力的服务端完成,用户端只需完成投影测量或者直接反射两种简单操作;其次,通信双方传输秘密信息前建立的量子信道以及提前共享的安全密钥,可以严格保障秘密信息不被泄露;最后,通过设计的编码规则,使得协议只使用较少量子资源就完成高效的秘密信息直接传输。通过计算可得,提出的量子安全直接通信模型粒子传输效率达到7.69%,安全模型分析表明了提出的通信模型在各种常见的攻击策略下都是安全可靠的。     

Efficient schemes for the quantum teleportation of a sub-class of tripartite entangled states

In this paper we propose two schemes for teleportation of a sub-class of tripartite states, the first one with the four-qubit cluster state and the second one with two Bell pairs as entanglement channels. A four-qubit joint measurement in the first case and two Bell measurements in the second are performed by the sender. Appropriate unitary operations on the qubits at the receiver’s end along with an ancilla qubit result in the perfect teleportation of the tripartite state. Analysis of the quantum circuits employed in these schemes reveal that in our technique the desired quantum tasks are achieved with lesser quantum cost, gate count and classical communication bits compared with other similar schemes.     

基于Cluster态的可验证多方量子密钥协商方案

基于四量子比特Cluster态,提出一种可验证多方量子密钥协商方案.方案允许每次由两个参与者利用自己的子密钥分别在每个四量子比特Cluster态的两个粒子上执行X运算,并对转换后的Cluster态执行延迟测量,这保证了每个参与者对协商密钥的贡献相等.提出的方案使用相互无偏基粒子作为诱饵粒子,并且利用对称二元多项式的一对函数值对这些诱饵粒子执行酉运算,不仅可以进行窃听检验,而且还能进行参与者之间的身份验证.本方案适用于任意大于2的参与者人数.安全性分析表明,提出的方案能够抵抗外部攻击及参与者攻击.与现有的多方密钥协商方案相比,该方案不仅在诱饵粒子的使用上有优势,同时具有较高的量子比特效率.     

Bell state entanglement swappings over collective noises and their applications on quantum cryptography

This work presents two robust entanglement swappings against two types of collective noises, respectively. The entanglement swapping can be achieved by performing two Bell state measurements on two logical qubits that come from two original logical Bell states, respectively. Two fault tolerant quantum secret sharing (QSS) protocols are further proposed to demonstrate the usefulness of the newly proposed entanglement swappings. The proposed QSS schemes are not only free from Trojan horse attacks but also quite efficient. Moreover, by adopting two Bell state measurements instead of four-qubit joint measurements, the proposed protocols are practical in combating collective noises. The proposed fault tolerant entanglement swapping can also be used to replace the traditional Bell-state entanglement swapping used in various quantum cryptographic protocols to provide robustness in combating collective noises.     

Selection of unitary operations in quantum secret sharing without entanglement

We propose a substitute-Bell-state attack strategy for quantum secret sharing schemes without entanglement,as well as a definition of the minimum failure probability of such attack strategy.A quantitative analysis of security degrees corresponding to different unitary operations is also provided,when the secret sharing schemes without entanglement are stricken by substitute-Bell-state attack.As a result,the relation between the selection of unitary operations and the effect of substitute-Bell-state attack i...     

无纠缠量子秘密共享中酉操作的选择

文中针对不使用纠缠态的量子秘密共享方案,提出了一种Bell态替换攻击策略,并定量分析了当量子秘密共享方案采用常见的几种酉操作组合时,这种攻击的最小失败概率,从而得到酉操作的选择和Bell态替换攻击效果之间的若干关系.对于量子秘密共享方案的设计和实施中,如何选择酉操作以保证通信安全的问题,文中的工作具有重要的指导作用.     

基于量子理论的多方秘密共享方案的构建

量子的独特性质使它在秘密共享方面有着很大的应用前景,但在现实情况下秘密代理者的数目会根据实际情况的不同而发生变化。本文利用五粒子或六粒子的纠缠量子态构造了五和六秘密代理者数目下的量子多方秘密共享方案,在此基础上将其拓展并构建了在n个秘密代理者情况下的秘密共享方案。这使得秘密共享者在秘密代理者数目发生变化时能够选取合适的量子秘密共享方案。此外,在每种秘密代理者数目情形下都使用基于量子纠缠的量子隐形传态的方式实现秘密共享,进一步增加了方案的可选择性。最后,对提出的量子多方秘密共享方案的安全性进行了分析。     

Quantum broadcast scheme and multi-output quantum teleportation via four-qubit cluster state

In this paper, two theoretical schemes of the arbitrary single-qubit states via four-qubit cluster state are proposed. One is three-party quantum broadcast scheme, which realizes the broadcast among three participants. The other is multi-output quantum teleportation. Both allow two distant receivers to simultaneously and deterministically obtain the arbitrary single-qubit states, respectively. Compared with former schemes of an arbitrary single-qubit state, the proposed schemes realize quantum multi-cast communication efficiently, which enables Bob and Charlie to obtain the states simultaneously in the case of just knowing Alice’s measurement results. The proposed schemes play an important role in quantum information, specially in secret sharing and quantum teleportation.     

Controlled teleportation

In this article, we review the recent development of controlled teleportation which can be used for sharing quantum information and has important applications in remote quantum computation. We introduce the principles of a couple of controlled teleportation schemes with maximally entangled quantum channels and those with pure entangled quantum channels (non-maximally entangled states). The schemes based on maximally entangled states have the advantage of having maximal efficiency although there are differences in their implementations in experiment. In the controlled teleportation schemes using non-maximally entangled states as the quantum channels, the receiver can reconstruct the originally unknown state by adding an auxiliary particle and performing a unitary evolution. No matter what the unknown state is (a single qubit state or an m-qudit state), the auxiliary particle required is only a two-level quantum system.