中国科学技术大学实现11公里远距离量子纠缠纯化

近日,中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学盛宇波等人合作,利用高品质的超纠缠源,首次实现11公里远距离量子纠缠纯化,纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍.     

无信息泄露的四粒子的量子安全会话

量子信息学是近年来由量子力学与信息科学相结合而产物的一门新兴的学科,量子通信是其重要的分支。量子通信将量子力学定律引入传统通信中,其安全性由量子力学的基本原理所保证,如未知量子位不可克隆、非正交量子态不可识别、量子态测量无法不扰动系统状态等,可以实现绝对安全的通信。本文基于二粒子无信息泄露的量子安全会话,在阅读大量文献的基础上,提出了一种一次传输8比特秘密信息的思想。结合已有方案,列出的一种利用四粒子纠缠交换实现的无信息泄露的量子安全会话方案。     

可控量子远程通信方案的研究

针对一般可控量子远程通信方案能防止外部窃听,但无法有效防止冒充攻击这一安全缺陷,提出一种具备身份认证功能的可控量子远程通信方案。可信任第三方Charlie利用纠缠交换对接收者Bob进行身份认证,在确定Bob的合法身份并将消息反馈给发送者Alice后,Alice再传送量子信息。该方案利用身份认证能有效防止冒充攻击,并能够增强量子信息传送的正确性和安全性。     

基于纠缠交换的分布式量子身份认证方案

分析了在网络环境下的量子身份认证技术,提出了在分布式网络环境下,通信双方共享密钥串,利用纠缠交换技术进行身份认证的方案,并分析了方案的可行性。     

一种可验证的量子匿名通信方案

提出一种新的消息发送者和接收者同时匿名的经典消息通信方案.方案通过制备量子连续变量纠缠态,在参与者中移动式传输粒子,将1比特经典消息编码在不同的模式中.消息接收者可以计算得到匿名消息,然后通过不同模式的计算结果检验本次通信中的参与者诚实度,从而判断匿名消息是否有效.方案将传输和检测两个过程合并设计在同一轮通信中,通信信号和检测结论基于同一轮通信中的信道编码,可以验证具有自适应特征的参与者(检测过程和通信过程表现不一致的参与者)作弊.除了指数小的概率,发送者和接收者的匿名性和消息的私密性都得到保护.     

论量子密码与量子通信

阐述了量子密码与量子通信的工作原理,论述了最奇妙的量子纠缠态和量子密钥分发原理,研究了量子密码与量子通信的发展历史,展望了量子密码和量子通信的光辉未来.     

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.     

日本用量子保密通信技术传输大量基因组数据

日本"共同网"2020年1月14日消息,日本东芝公司和日本东北大学Medical Megabank机构1月14日联合发布公报,宣布成功开展利用可防止信息被偷窥的新一代技术"量子密码通信"传输人类基因组完整数据的实证试验。公报称,2019年7月至8月,两家机构研究人员利用专用光纤线路,在日本仙台市相距约7公里的两个设施之间进行了实验。     

具有双向身份认证功能的量子密钥分发协议

提出了一种具有身份认证功能的量子密钥分发协议。该协议利用Bell态纠缠交换特性、Bell基测量和按位异或运算,可以高效完成通信双方的身份认证;身份认证完成后,通信双方对手中粒子进行Pauli操作,能得到与对方拥有一样的Bell态粒子;通信双方按照约定的编码规则,得到相同二进制字符串作为密钥。分析表明,提出的密钥分发协议过程简单、操作容易实现,协议的安全性也能得到保证。     

Unambiguous State Discrimination in Quantum Key Distribution

The quantum circuit and design are presented for an optimized entangling probe attacking the BB84 Protocol of quantum key distribution (QKD) and yielding maximum information to the probe. Probe photon polarization states become optimally entangled with the signal states on their way between the legitimate transmitter and receiver. Although standard von-Neumann projective measurements of the probe yield maximum information on the pre-privacy amplified key, if instead the probe measurements are performed with a certain positive operator valued measure (POVM), then the measurement results are unambiguous, at least some of the time. It follows that the BB84 (Bennett–Brassard 1984) protocol of quantum key distribution has a vulnerability similar to the well-known vulnerability of the B92 (Bennett 1992) protocol Pacs: 03.67.Dd, 03.67.Hk, 03.65.Ta     

基于量子遗传算法的无线传感器网络路由研究

通过分析无线传感器网络(WSN)分簇路由算法中簇首节点分布,能量消耗,数据传输等问题,提出了一种基于熵权法量子遗传算法的路由算法,该算法在簇首的选举过程中采用熵权法动态的确定节点剩余能量、节点间的通信距离、节点度数和节点与基站的距离这四个因素的权值系数,在簇首选举结束后,利用量子遗传算法寻找出一条遍历所有簇首与基站的路由,通过最佳路由将所采集的数据传输给最终的基站节点。该算法实现了合理的簇首选举,并在簇首间采用最佳路由的方式向基站传输数据的功能。仿真结果分析表明,该算法在网络生存周期、能耗均衡方面均优于LEACH、CECA-GA算法,达到了延长了网络生存周期,均衡能耗的目的。     

光纤量子通信网络路由选择协议

针对光纤量子通信网络,提出一种基于中继器的量子通信网络路由选择协议方案.在现有光纤通信网络的基础上利用基于纠缠交换和纠缠纯化的中继器来构建量子通信网络,然后在中继器的基础上采用嵌套纯化方案进行实际量子通信网络系统信道的建立.针对量子通信网络的特点,提出并分析了量子通信网络路由的评价指标,在路由选择协议方案中重点考虑量子信道建立过程中达到目标保真度值所需消耗的纠缠资源和路由建立时间,并从这些指标分析过程中择优选择量子通信信道.所提出的路由选择协议是基于解析计算及优化设计的,与实际量子通信系统相关联,仿真结果表明这种协议方案具有较强的可操作性.     

Some Issues in Quantum Information Theory

Quantum information theory is a new interdisciplinary research field related to quantum mechanics, computer science, information theory, and applied mathematics. It provides completely new paradigms to do information processing tasks by employing the principles of quantum mechanics. In this review, we first survey some of the significant advances in quantum information theory in the last twenty years. We then focus mainly on two special subjects： discrimination of quantum objects and transformations between entanglements. More specifically, we first discuss discrimination of quantum states and quantum apparatus in both global and local settings. Secondly, we present systematical characterizations and equivalence relations of several interesting entanglement transformation phenomena, namely entanglement catalysis, multiple-copy entanglement transformation, and partial entanglement recovery.     

基于量子遗传算法的无线传感器网络路径优化

无线传感器网络作为一种有广泛应用前景的新型信息获取和处理技术,引起了国内外学术界和产业界的高度关注;文章采用量子遗传算法对无线传感器网络进行路径优化,将节点能耗和路由恢复时间等实际因素作为路径优化问题的约束条件,按照重要性考虑各种约束条件和多种目标的优先次序,并对量子遗传算法的各个环节进行了细致的分析与设计,包括量子比特编码、适应度函数设计、量子门更新、量子变异等;仿真实验表明,使用量子遗传算法能找到无线传感器网络有效的优化路径,并且优于相关算法。     

Estimation of Quantum Channels with Finite Resources

We examine the problem of determining the parameters that describe a quantum channel. It is assumed that the users of the channel have at best only partial knowledge of it and make use of a finite amount of resources to estimate it. We discuss simple protocols for the estimation of the parameters of several classes of channels that are studied in the current literature. A quantitative measures of the quality of the estimation schemes can be given on the basis of the standard deviation or of the fidelity. Protocols that employ entangled particles are also discussed. The use of entangled particles as a nonclassical resource enhances the estimation quality of some classes of quantum channel. Further, the methods presented here can be extended to higher dimensional quantum systems. PACS: 03.67.Hk     

ARCNET通信网重复器的设计

本分析了ARCNET网络及其特点,介绍了一种简便、高可靠性,低成本的ARCNET局域网重复器的硬件设计。经过联网试验表明,该重复器完全适用于ARCNET远距离传输的场合,并具有延时短,可靠性高等优点。     

基于EPR纠缠对的量子加密技术研究

基于量子物理原理的量子密码术已被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段。本文介绍了量子密码的基本原理,介绍了实现量子加密的几种方案,并主要研究了基于EPR纠缠对的密钥分配机制,还讨论了量子密码通信的历史发展和指出现存在的问题以及未来的发展前景。