一种新的量子纠缠无线中继模型及RQCP协议研究

无线量子通信是未来量子通信系统的重要组成部分,而量子纠缠中继则是无线量子通信的关键技术之一.然而,由于在无线信道上存在各种干扰和噪声,使得量子纠缠态远程传送的实现正面临很大的困难,为此,本文提出了基于移动终端和移动基站的两种量子纠缠中继方案,建立了量子无线通信网络的分层结构,给出了量子纠缠态无线传输的路由协议(RQCP).分析结果表明,即使在量子通信终端之间没有共享EPR纠缠对的情况下,本模型同样可以完成量子态的无线传输,并且其传输时延与链路的无线跳数无关.因此,从传输时延的观点来看,该中继方案和协议是最优的.     

基于隐形传态的跨中心量子身份认证方案

基于量子光学中的隐形传态原理和量子纠缠交换技术,提出一个网络中跨中心的量子身份认证方案。在分布式网络系统中,通过客户端和服务端之间,以及服务端相互之间的量子信道共享EPR纠缠对进行信息传输,同时在经典信道上也进行必须的交互协商,实现了无条件安全的量子身份认证。其无条件安全性得到了量子力学原理的保证,与EPR密钥分发协议的安全性相同。与已有的量子身份认证方案相比,该方案克服了点对点的量子身份认证方案的缺点,具有可跨中心认证的优点,扩大了认证的范围,具有更好的灵活性和实用性。     

基于纠缠的滑动窗口量子通信协议研究

分析经典滑动窗口协议之后,利用量子信息传输的瞬时性建立量子信道,提出一种基于量子纠缠态的滑动窗口量子通信协议。该协议在准备阶段分发EPR关联粒子对,建立量子信道;通过发送数据帧和量子确认帧进行传输。研究表明,该协议不仅在信息传输过程中具有有效减少时延的作用,并且在远程通信和网络堵塞严重的情况下有着更加重要的价值。     

基于共享EPR纠缠态的量子消息认证

文章提出利用共享EPR二粒子纠缠态完成对经典消息的加密认证,并结合量子稳定子码扩展完成对量子消息的认证。安全性依赖于EPR纠缠态的相干特性,量子稳定子码保证了量子态的真实性,量子一次一密保证了量子信息在信道的安全性。     

基于身份认证的安全量子中继器网络编码方案

本文将量子一次一密通信方法引入到量子中继器网络中,提出了基于身份认证的安全量子中继器网络编码方案.针对编码过程中存在的主动攻击问题,用一次一密的方式实现任意相邻节点通信过程中的身份认证,优化编码算法,最终在源节点与目的节点间生成量子纠缠态作为信道,构成量子隐形传态网络.方案分析表明,这种方案可以实现高可靠性、高安全性的远程量子通信.     

基于量子纠错码的小型量子网络路由通信协议

在小型量子网络中采用量子隐形传态通信从物理机制上保证通信信息的绝对安全,但是由于量子信道存在噪声,干扰信息的正确性从而产生误码。为保证通信信息的可靠性,本文提出基于量子纠错码的小型量子网络路由通信协议。根据小型量子网络的路由特点构建路由表;依据路由表实现源量子节点到一跳、两跳目的量子节点的量子隐形传态;利用量子纠错码纠正因噪声产生的误码信息;对该协议的安全性进行理论证明。     

具有自避错传输的量子中继器网络方案

为了实现可靠的、远距离的量子安全通信,提出一种高效的具有自避错传 输的量子中继器网络方案。方案中,基于中继器的量子网络利用每个中继器之间进行ConAC→D和RemB→ D操作,最终使得目地中继器和源中继器之间建立Bell态的量子信道, 传输的安全性也由Bell态的纠缠特性保证。为了提高 量子中继器的抗噪声功能,利用了单光子态自避错传输技术设计了具有避错传输功能的由各 种光学元器件组成的量子中继器,利用光子传输的时间差纠正错误,有效地避免了联合噪声 对传输信息的影响,使得其他的量子中继器可以顺利恢复出未知信息,大大提高了量子态传 输的可靠性。     

基于最优分集均衡配置的无线网络传输信道优化

为了提高移动无线通信网络路由节点的传输均衡性,提出一种基于最优分集均衡配置的无线网络传输信道优化模型,构建移动无线通信组网下的路由节点部署模型,采用最短路径寻优方法进行路由探测算法设计,构建无线网络传输信道模型,计算信道的冲激响应特征量,采用量化信息融合识别方法提取移动通信无线网络传输链路层的相关功率谱特征信息,根据特征提取结果进行大数据融合聚类处理,采用最优分集聚类方法实现传输数据的均衡配置,实现通信负载与信道的最优配置,提高无线网络传输信道的均衡性和输出稳定性。测试结果表明,采用该方法进行无线通信网络组网设计的信道均衡性较好,输出误码率较低。     

基于信道加密的量子安全直接通信

基于量子信道加密原理,结合Ping-Pong协议控制模式和信息模式的概念,提出了一个量子安全直接通信协议。在此协议中,发送者和接收者用n对Bell态作为量子信道,发送者用controlled-Not操作将单粒子纠缠入量子信道,接收者用controlled-Not操作将单粒子与量子信道解纠缠。通信双方依次执行控制模式和信息模式,控制模式检测窃听,信息模式发送秘密信息。控制模式和信息模式均不会对已建立的量子信道造成破坏,因此建立量子信道的过程仅需一次,此后通信双方可以反复进行控制模式和信息模式进行窃听检测和秘密信息传输。     

低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析

为解决低轨道量子卫星覆盖范围下,多个量子用户的接入与信息传输问题,提出了一种多波束时分量子交换方案,并详细给出了时分量子卫星交换机的工作原理。在不同的通信时隙上,为用户分别建立量子纠缠信道并进行量子信息传送。为克服星地链路及星际链路的时延问题,提出了基于量子信道字的交换和传输方法,从而降低单时隙量子比特传输的平均时延。系统性能分析与仿真结果表明,时隙个数、量子信道字长是影响系统的用户数量、吞吐量、呼损指标的关键因素。在一定的信道条件下,通过对这些系统参数进行合理设计,能够满足特定量子卫星系统的服务需求。     

基于团簇态的跨中心量子网络身份认证方案

利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全性分析。     

抗特洛伊木马攻击的量子密钥多播通信协议

提出在一个源量子节点与M个目的量子节点组成的网络中抗量子特洛伊木马攻击的组播通信协议,源量子节点构建2n+δ个EPR纠缠对,并用发送序列标记;在发送序列中随机选取n个作为检测纠缠对,利用CHSH不等式进行信道检测;发送序列中剩余n+δ个EPR纠缠对变形为非正交的量子态作为密钥,将广播明文信息分组编码成密文,利用量子态的不精确克隆复制M份发送给每个目的节点;目的节点接收密文逆向解密。分析了通信的吞吐量、信道的利用率、协议的安全性等问题。通过分析,证明该协议能有效防止特洛伊木马攻击,保证组播信息的安全。     

连续变量相干态量子神经网络模型的构建

为了将功能强大的神经网络应用到连续变量量子信息处理中,需要建立连续变量的量子神经网络(QNN)模型.以相干态量子逻辑门为基元,基于QNN原理构建了由输入层、隐藏层和输出层组成的量子线路,实现了连续变量相干态量子神经网络(CSQNN)功能.模型通过多控CNOT门实现量子态操作,利用相位旋转门完成网络参数的学习训练.仿真结果表明在CSQNN辅助下,阻尼系数为0.5的振幅阻尼信道的量子隐形传态保真度显著提高,趋近1,说明提出的CSQNN模型能有效处理连续变量量子信息.     

量子密钥通信网信道复用方案研究

为降低量子密钥通信网建设成本,研究分析信道复用环境下的量子通信网络。针对目前主要的经典-量子信道复用方案,对较远波长隔离方案及同波段传输方案分别建立模型,仿真分析其系统性能。结果表明,较远波长隔离方案易于实现,在短距离通信中有良好的效果,可适用于短距离高密集局域网建设;同波段传输方案对信道隔离度有着较高要求,但更加符合经典光网络波段要求并有更远的通信距离,是量子密钥城域网建设的参考方案。     

几类非确定型量子程序的终止验证

程序验证是保证程序正确性的关键技术.由于经典世界和量子世界的本质不同,经典程序验证的技术和工具不能直接应用到量子系统.而量子程序设计语言是描述量子系统的一种新的形式化模型,量子程序的验证问题就显得更为迫切和必要.本文首先讨论了量子通讯中常用的比特翻转、相位翻转、去极化、幅值阻尼、相位阻尼等信道作为特殊的非确定型量子程序从计算基态开始运行时的可达集合和终止集合等程序验证问题.其次,把上述五种量子程序两两组合组成非确定型量子程序,根据这五种量子程序的可达集合之相似点,最终合并成三种非确定型量子程序,重点讨论了这三种非确定型量子程序从计算基态开始运行时的终止和发散等程序验证问题.研究表明：这三种非确定型量子程序从计算基态0开始运行时都是终止的;而从计算基态1开始运行时：比特翻转信道和去极化信道组成的非确定型量子程序的终止和发散与分别刻画它们的两个参数有关;比特翻转信道和相位翻转信道组成的非确定型量子程序的终止和发散只与刻画比特翻转信道的参数有关;幅值阻尼信道和相位阻尼信道组成的非确定型量子程序是发散的,其发散条件与刻画量子信道的两个参数都没有关系.本文的结果可以为量子信息安全中量子通讯协议的验证提供理论和技术支持.     

量子保密通信技术探讨

量子保密通信作为一项前沿技术得到了广泛的关注,但是,对一些与之息息相关的问题,诸如"量子信道是天然保密的吗?量子通信保密需要使用量子信息加密技术吗?身份认证能够在量子领域得到完全解决吗?"等,目前还没有形成共识。本文重点对量子保密通信的一些显著特点进行了分析和探讨。     

Quantum secure communication algorithm based on cyclic code and information compression

For the problem that the classical secure communication was challenging to transmit information,a quantum secure communication algorithm based on cyclic code and information compression was proposed.First,the data was encoded into two sets of data with different lengths by the sender,one set of data was used for cycling coding and the other one was used to compress coding.Second,single-photon sequence was transmitted to the receiver on the quantum channel by the sender.The error number was used as the basis of channel security detection.If the channel was secure,quantum states were encoded for the data,and segment transmitted by quantum stabilizer codes.The error caused by the environment can be overcome according to characteristic of the stable code.Finally,the information was decoded after receiving the quantum information,then recirculated and decompressed to obtain data.The security analysis shows that the quantum secure communication algorithm can resist the attack of jamming and spoofing attacked.The simulation results show that good results can be obtained to 5 segments for data compression.     

量子通信城域网设备部署及应用的研究

依托量子通信城域网对量子网关设备产生的密钥进行网络分发,确保两地之间密钥分配的绝对安全,为用户提供加/解密密钥,实现数据传输的安全可靠。同时,随着国家《GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等保2.0的发布,探索量子通信城域网的部署变得尤为重要。因此,以量子通信技术为出发点,通过对量子通信城域网网络架构、设备部署、安全防护以及在政务方面的应用研究,提出了量子城域网相应的部署方案。     

用三态粒子的直积态进行量子密钥分配及受控量子直接通讯

基于Bennett等提出的非纠缠的非局域性,提出了两个三态粒子的直积态正交集的性质,即用三个幺正变换能够实现不同的复合空间之间的转换,并且不同的复合空间之间具有关联性.这些性质可以被用于量子通讯和量子密码术.作为这些性质的应用,我们提出了一个量子密钥分配方案以及量子受控通讯的方案.由此说明,将三态粒子的直积态用于量子信息处理,不仅具有大容量、高效率的优点,而且能够保证安全性.