通用的辅助量子计算

设计了一个通用的辅助量子计算协议。该协议的客户端Alice仅拥有经典计算机或有限的量子技术,这些资源不足以让Alice做通用量子计算,因此Alice需要把她的量子计算任务委派给远程的量子服务器Bob。Bob拥有充分成熟的量子计算机,并会诚实地帮助Alice执行委派的量子计算任务,但他却得不到Alice的任何输入、输出信息。该协议只要求Alice能发送量子态和执行Pauli门操作,协议具有通用性、半盲性、正确性和可验证性。     

通过五粒子信道的非对称双向量子信息传输

利用一个五粒子团簇态为信道,分别提出了三个关于二粒子态和单粒子态的双向受控量子信息传输协议。在第一个协议中,通过引入辅助粒子,实施受控非门运算和Bell态测量,Alice能把二粒子未知态传送给Bob,同时Bob也能把单粒子未知态传送给Alice。在第二个方案中,通过引入辅助粒子、巧妙构造正交基和执行单粒子投影测量,Alice能帮助Bob远程地制备二粒子已知态,同时Bob也能帮助Alice远程地制备单粒子已知态。由于他们充分利用了前馈策略去构造测量基,制备任务能够完美完成。在第三个方案中,结合前两个方案的特点,Alice能成功将二粒子未知态传送给Bob,Bob也完美地在Alice处制备单粒子已知态。上述三个方案离开监控者的允许是不能实现的。     

9-量子团簇态信道的非对称双向量子信息传输

利用一个9-量子团簇态为信道,分别提出了三个关于二量子态和三量子态的双向量子信息传输协议。在第一个协议中,Alice能把三量子a1、a2和a3的未知态传送给Bob,Bob能把二量子b1和b2的未知态传送给Alice。Alice采用特殊三粒子态测量基,使得方案简化了一半。在第二个协议中,Alice在远方的Bob处制备三粒子a1、a2和a3的已知态,同时Bob也能在Alice处制备二量子b1和b2的已知态。由于他们充分利用了前馈测量策略,制备任务能够完美完成。在第三个协议中,利用前两个协议的优点,Alice能成功将三量子a1、a2和a3的未知态传送给Bob,Bob也完美地在Alice处制备二量子b1和b2的已知态。     

高效的安全多方半量子求和协议

安全多方半量子求和(SMSQS)是指多个互不信任且资源受限的参与方,借助量子第三方(TP)的帮助联合计算出他们私有秘密之和,其求和结果可以根据实际应用场景来设计是否公开,但是协议需确保参与者输入的隐私性和计算结果的正确性.本文提出一种第三方TP只需制备单量子比特就可对多个资源受限的参与方进行秘密求和的协议.协议中参与方无论执行直接返回操作或者执行测量返回操作,协议都可以对参与方的秘密进行求和计算,从而提高协议中量子比特的使用效率.其次基于一种d维的量子叠加态给出将参与方秘密数值的维度扩展到高维的SMSQS协议,并通过数学证明和具体实例验证其协议的正确性.通过对所提出的协议进行安全性分析可知它们能够防范拦击重发攻击、测量重发攻击、双CNOT门攻击和TP攻击等典型的攻击行为.     

辅助量子比特驱动型通用盲量子计算

应用量子隐形传态将Broadbent等人提出的通用盲量子计算(universal blind quantum computation)模型和辅助量子比特驱动型量子计算(ancilla-driven universal quantum computation)模型进行结合, 构造一个新的混合模型来进行计算。此外, 用计算寄存器对量子纠缠的操作来代替量子比特测量操作。因为后者仅限于两个量子比特, 所以代替后的计算优势十分明显。基于上述改进, 设计了实现辅助驱动型通用盲量子计算的协议。协议的实现, 能够使Anders等人的辅助驱动型量子计算增强计算能力, 并保证量子计算的正确性, 从而使得参与计算的任何一方都不能获得另一方的保密信息。     

受控循环远程态制备

为了解决多方量子通信问题,首先提出一种构造十粒子纠缠态的方法,并籍此构造出一个3◢n◣+1粒子纠缠态。其次,以十粒子纠缠态为量子信道,提出一个三方受控循环远程制备协议。该协议在监察者David的控制下,Alice能为Bob远程制备一个任意单粒子态,Bob能够在Charlie处远程制备一个任意单粒子态,Charlie也能为Alice远程制备任意单粒子态。进一步,借助3◢n◣+1粒子纠缠态,将此循环协议推广到任意◢n◣方受控循环远程态制备情形。在远程态制备过程中,每个发送者充分利用各自掌握的信息和前馈策略来构造恰当的测量基,通过经典通信和局域操作,就能成功实现任意单粒子态的远程制备。     

基于量子委托计算模式的半量子密钥协商

为降低量子设备的成本,更好地执行量子计算,提出基于量子委托计算模式的多方半量子密钥协商协议。引入量子委托计算模式,将酉操作、Bell测量等复杂量子操作委托到量子中心进行,而参与者仅需具备访问量子信道与制备单光子的简单能力。为防止密钥信息被量子中心以及外部窃听者窃取,采用在目标量子态中插入混淆单光子的混淆策略来保证目标量子态的隐私性。分析结果表明,与其他量子密钥协商协议相比,参与者所需的量子能力显著降低,从而提升了协议的实际可行性。     

基于Bell态纠缠交换的量子盲签名方案

基于量子纠缠交换理论,提出一种基于Bell态纠缠交换的量子盲签名方案。消息拥有者Alice将待签名消息发送给盲签名者Charlie,Charlie根据双方共享的量子密钥对消息进行盲化签名,加密后发送给消息验证者Bob。Bob收到盲化签名后,根据他与Charlie共享的量子密钥对签名进行验证。利用量子纠缠特性,实现了消息对签名者Charlie的盲化性。基于量子密钥分发和一次一密技术,保证了签名过程的绝对安全性。     

多跳远程量子态制备

多跳远程量子态制备在量子无线网络、长距离量子信息传输中有重要价值。融合多跳隐形传态和远程态制备的思想，提出一个多跳远程任意单量子态制备协议。在每一跳中都以三粒子非最大纠缠GHz态为量子信道，利用远程态制备方法，原始单量子态通过中间节点逐跳被制备，每跳恢复的态被用着下一跳被制备的态。通过对单跳和两跳制备的分析，获得了[n]跳制备后方案成功的概率。在协议中，仅涉及到Pauli算子、单粒子测量和前馈策略，因此该方案易于物理实现。     

Cluster态的量子签名方案

提出一种利用Cluster state纠缠态实现的量子签名方案。该方案中用Cluster态作为量子信道,每一组量子比特串分别分发给消息拥有和签名者Alice、公证人TA、验签名者Bob。加载消息的方法是Alice在TA规定量子比特串序列下,分别对拥有的量子比特对的第一个量子比特进行幺正变换操作而进行。对拥有的量子比特对进行的Bell测量结果是消息的签名。Bob对拥有的对应的两个量子比特对进行Bell测量来验证签名,但要得到公证人TA对其约束才能完成。Cluster state纠缠态在纠缠特性、局域操作保真性和安全性有较好的性能。     

Finite-data-size study on practical universal blind quantum computation

The universal blind quantum computation with weak coherent pulses protocol is a practical scheme to allow a client to delegate a computation to a remote server while the computation hidden. However, in the practical protocol, a finite data size will influence the preparation efficiency in the remote blind qubit state preparation (RBSP). In this paper, a modified RBSP protocol with two decoy states is studied in the finite data size. The issue of its statistical fluctuations is analyzed thoroughly. The theoretical analysis and simulation results show that two-decoy-state case with statistical fluctuation is closer to the asymptotic case than the one-decoy-state case with statistical fluctuation. Particularly, the two-decoy-state protocol can achieve a longer communication distance than the one-decoy-state case in this statistical fluctuation situation.     

Security of a sessional blind signature based on quantum cryptograph

We analyze the security of a sessional blind signature protocol based on quantum cryptograph and show that there are two security leaks in this protocol. One is that the legal user Alice can change the signed message after she gets a valid blind signature from the signatory Bob, and the other is that an external opponent Eve also can forge a valid blind message by a special attack, which are not permitted for blind signature. Therefore, this protocol is not secure in the sense that it does not satisfy the non-forgeability of blind signatures. We also discuss the methods to prevent the attack strategies in the end.     

Cryptanalysis of enhancement on “quantum blind signature based on two-state vector formalism”

Recently, Yang et al. (Quantum Inf Process 12(1):109, 2013) proposed an enhanced quantum blind signature based on two-taste vector formalism. The protocol can prevent signatory Bob from deriving Alice’s message with invisible photon eavesdropping attack or fake photon attack. In this paper, we show that the enhanced protocol also has a loophole that Alice can utilize an entanglement swapping attack to obtain Bob’s secret key and forge Bob’s valid signature at will later. Then, we reanalyze two existing protocols and try to find some further methods to fix them.     

任意二粒子纠缠态的受控量子通信

为了解决任意二量子通信问题,首先给出了五粒子和七粒子纠缠态的构造方法,并提供了它们的量子线路图。其次,以该五粒子纠缠态为量子信道,提出一个任意二粒子未知量子态的受控隐形传态协议。该协议在监察者Charlie的控制下,Alice进行四粒子投影测量和经典通信,Bob采用简单酉变换就能以100%的概率成功重构一个任意二粒子纠缠态。最后,利用七粒子纠缠态为量子信道,提出了任意二粒子纠缠态的联合受控远程制备方案。在此方案中,发送者Alice用自己掌握被制备态的部分信息构造测量基,发送者Bob采用前馈测量策略,接收者Diana在监控者Charlie的帮助下,通过简单幺正变换就能确定性地恢复原始态。     

Universal blind quantum computation for hybrid system

As progress on the development of building quantum computer continues to advance, first-generation practical quantum computers will be available for ordinary users in the cloud style similar to IBM’s Quantum Experience nowadays. Clients can remotely access the quantum servers using some simple devices. In such a situation, it is of prime importance to keep the security of the client’s information. Blind quantum computation protocols enable a client with limited quantum technology to delegate her quantum computation to a quantum server without leaking any privacy. To date, blind quantum computation has been considered only for an individual quantum system. However, practical universal quantum computer is likely to be a hybrid system. Here, we take the first step to construct a framework of blind quantum computation for the hybrid system, which provides a more feasible way for scalable blind quantum computation.     

基于纯W-like态的量子强盲签名协议

按照三体纯态及其纠缠度量得出纯W-like态,提出基于纯W-like态的量子强盲签名协议。协议中应用量子密钥分发技术、指纹函数、量子一次一密算法,不仅能够有效隐藏用户身份,而且具有无条件安全、复杂度低及效率高的优点,是实现量子强盲签名协议的新途径。