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。     

基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

基于对称W态和身份认证的安全量子通信协议

由于W态纠缠的强鲁棒性,它被认为是更适用于量子信息处理和量子安全通信的信息载体。针对4粒子W态或3粒子非对称W态量子直接通信效率低下或物理实现困难等缺陷,利用3粒子对称W态和量子身份认证机制,提出了一种新的确定型安全量子通信协议。该协议由认证码生成、量子态准备、量子态分发、安全检测与身份认证和消息通信五阶段组成,通信双方只需进行两粒子Bell基、单粒子Z基或X基测量,通信效率也有所提高,即1个3粒子W态传输1经典比特信息。安全分析证明该协议能有效抵抗各类窃听者Eve攻击和伪装攻击,具有较好的安全特性。     

基于QDP的蝶形量子网络编码方案

当前已有的蝶形量子网络方案多数只能完成量子态经公共信道进行交叉传输,并且为实现蝶形网络的量子态无损传输,通常需要消耗纠缠资源。结合量子直接传态方案中态传输的方法,提出一种在蝶形网络中传输任意已知单量子态的网络编码方案。利用处于基态的单粒子作为量子寄存器,实现每个接收节点均能同时接收到来自全部发送节点发送的不同量子态。整个通信过程不需要使用纠缠资源和测量操作,仅通过各节点执行相关酉操作即可完成通信。并且将该方案扩展至采用多种形式的量子态作为寄存器以及发送节点和接收节点个数更多的情况。     

基于新的二粒子纠缠态的仲裁量子签名协议

综合考虑量子纠缠、量子态的比较、量子操作等,提出一种基于新的二粒子纠缠的仲裁量子签名协议。利用隐形传态的原理将未知的量子传递到接受者手中,再对其进行相应的酉变化来恢复原信息。方案中有第三方的参与使得方案更安全,又利用具有很好性质的二粒子纠缠态,使得方案简单安全可行。同时算法利用一次一密加密算法加密保障了签名的不可伪造性,通过仲裁者的参与及量子密钥有效解决了双方的抵赖问题。     

基于量子Calderbank-Shor-Steane纠错码的量子安全直接通信

量子安全直接通信是继量子密钥分配之后提出的又一重要量子密码协议,它要求通信双方在预先不需要建立共享密钥的情况下就可以实现消息的保密传输.给出了一个新的量子安全直接通信方案,该方案利用量子Calderbank-Shor-Steane(CSS)纠错码和未知量子态不可克隆等性质,方案的安全性建立在求解一般的线性码的译码问题是一个NP完全问题、Goppa码有快速的译码算法和量子图灵机不能有效求解NP完全问题的基础上.在协议中,发送方Alice把要发送的秘密消息转化为一一对应的错误向量,把错误向量加到其接收到的、Bob编码过的量子态上,并发给接收方Bob.Bob利用其私钥,通过测量、解码可以得到错误向量,并可以用相应的算法恢复出秘密消息.控制量子信道的攻击者Eve不能恢复出秘密消息,因其不知道Bob的密钥.与已有的量子安全直接通信方案相比,该方案不需要交换任何额外的经典信息和建立量子纠缠信道.     

QKD网络量子信道管理关键技术研究

随着网络的发展,网络传播的信息日益增多,其中某些信息需要较高的安全性,因此信息加密手段的研究具有重大意义。量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术基于量子力学中的不可克隆定理,即不可能复制一个未知的量子态而不对其造成扰动,保证了其无条件的安全性,能够实现安全的密钥分发。但目前QKD网络规模较小,不能满足大规模组网的需求。同时,经典网络的路由技术已经不能适应QKD网络,量子信道寻径成为了一个需要解决的问题。鉴于以上问题,提出了一种能够满足较大规模QKD通信的基于光开关切换的QKD网络模型,并重点设计了其网络结构和信令体系,在此基础上设计了一个用于量子信道寻径的先导信号协议,并提出了量子信道管理机制。经实验验证,该模型的性能良好。     

基于非最大纠缠GHZ态的一种量子信息集中方案

提出了一种以非最大纠缠的四粒子GHZ态作为量子信道的概率性量子信息集中方案. 方案首先将未知的克隆态与量子信道构造系统态; 其次空间分离的三方对手中的粒子进行Bell测量, 并将测量结果通过经典通信告诉信息恢复者; 最后信息重建者做适当的测量(投影测量或者POVM 测量),将信息集中回单量子态, 从而实现量子信息集中. 进而讨论了方案的安全性和效率, 并与文献[17,23]从多角度进行了比较.     

基于单量子态的量子加密协议

由于量子的特殊性,量子加密的实现存在许多困难,因此量子密码学中量子加密协议很少。该文分析了实现量子加密的几个障碍:量子态的不确定性、量子比特传输的噪声和错误等,并且就克服这些障碍提出了量子密码的新分支-基于单量子态的量子加密协议。该量子加密协议利用传统密码学、纠错编码和量子力学原理相结合实现保密信息传递,同时分析了量子加密协议的安全性和其他特点。     

信道噪声对量子信息分离的影响

文献[7]给出了一个三者之间利用四粒子团簇态作为量子信道实现单粒子量子态的量子信息分离的方案。在此方案的基础上,分析了经典噪声信道对这个量子信息分离方案的影响。通过利用二元对称信道以及二元删除信道,得到了信息分离成功概率与经典信道噪声系数之间的关系。除此之外,还研究了量子噪声信道对此方案的影响。在振幅阻尼信道或者去极化信道上进行量子信息分离的过程中,量子纠缠信道将会发生退相干,从而导致量子信息分离质量的下降。文中给出了量子信息分离保真度与噪声系数以及所传送量子态系数之间的关系刻画。     

基于再生密钥的量子安全通信方法

该文在分析传统保密通信方法、基于量子密钥发布机制的量子安全通信方法和目前已知的两种直接量子安全通信方案的不足的基础上，提出一种新颖的基于再生密钥的直接量子安全通信方案，该方案在量子密钥发布技术所要求的信道条件下，根据自治动力系统伪随机数发生器生成的再生密钥，选择量子比特的制备基并对明文进行加密，实现内容可控的直接量子安全通信，该文的方案不要求一条始终存在的不可阻塞经典信道，具有较高的安全性和传输、处理效率，且物理实现简单。     

基于GHZ态的身份认证与密钥分配方案

在量子密钥分配协议中存在这样一个基本假设,即攻击者不能同时获得量子信道和经典信道上的信息;为解决这一假设性难题,对量子的纠缠特性进行了研究,提出一种基于GHZ三重态的身份认证与密钥分配方案,该方案在建立一次量子信道后利用GHZ三粒子的关联性实现通信双方与仲裁第三方三者之间的身份认证,然后利用远程传态实现通信密钥分配以及新认证密钥的分配,确保通信方身份不可伪造与通信信息安全,最后结合常见的攻击方式论证了该方案的安全性。     

一种基于受控量子隐形传态的聚合签名方案

针对多数经典聚合签名方案无法抵抗量子计算机的攻击这一问题,本文结合量子态的物理特性设计了一种聚合签名方案.该方案将EPR对作为量子信道,使用一种特殊加法将多个签名者的签名聚合为一个签名.安全性分析表明,方案具有不可否认性和不可伪造性,同时能够抵抗纠缠测量攻击.效率分析表明,方案在通信成本方面低于其它量子聚合签名方案.对粒子执行测量时只用到了单粒子测量和Bell测量,因此该方案在当前技术条件下有着较好的应用前景.     

基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议

针对水下传感器网络中通信信息安全性与水声信道通信特性的不足,提出了一种基于量子隐形传态的水下传感器网络分级加密通信协议.一级在水面基站与自由水下航行器之间,采用量子隐形传态实现两者之间共享量子密钥,利用纠缠关联空间非定域性保证其通信信息安全性;二级在水下节点到水下自由航行器之间,采用对称加密算法实现两者之间信息的加密传输,利用对称加密快捷的优点提高其通信信息效率.分别对量子攻击、经典攻击及通信效率这3个方面进行了分析,证明该协议能有效防止量子态截获、重构、替换等攻击.     

基于量子单向函数的量子门限签名方案

本文首次研究了量子签名中的门限签名问题,参考了LüXin和Feng Deng-guo的基于量子单向函数的签名协议,然后结合经典密码学中的Shamir门限方案提出了一个(t,w)门限量子签名的方案。方案是安全的(t,w)量子门限签名方案,安全性依赖于量子单向函数的存在,量子纠错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。方案是对已知量子态的签名和验证。     

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。     

量子计算的表象无关性探讨

大因数分解和数据检索量子算法的提出带来了量子计算与量子信息的研究高潮。由于量子计算具有并行性、不可克隆性及量子态的不可测性,使得量子信息及量子计算在某些方面具有传统计算所无法比拟的优势。量子的态空间作为一个完备的Hilbert空间,在定义了内积和范数并赋予相应的物理意义后,就构成了理论意义上的量子计算系统。该文抽象了量子系统的本质,描述了量子计算及遵循的计算规则以及如何实现量子信息表示和进行信息的处理与测量,从理论上阐述了量子态系统迁移的线性同构和等距同构,说明了量子计算与量子信息的研究与具体的量子表象空间无关。     

量子密码研究现状与展望

量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与基于数学理论的经典密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息．根据量子力学的两条基本原理——“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”，以量子力学为理论基础的量子密码具有不可复制性，即使被截取，也会因为截获（测量）过程改变量子状态，使得截获方得到的信息变得毫无意义。因此，量子密码是目前非常安全的密码。本文通过与经典密码的比较，讲述了量子密钥生成的基本原理，介绍了量子密码在国内外的发展以及其所面临的技术挑战和经济性问题，最后展望了其发展前景。     

多级量子无线网络传输

由于大气中充满噪声与干扰,在自由空间中进行远距离的量子通信成为一个难题。基于量子态纠缠交换的原理,通过两个中继点间接地在通信两端建立起量子信道,使得远距离量子信息的传输成为可能;通过研究源端及各中继点在不同情况下的量子态及接收端相应的量子态,进而对接收端所拥有的量子态施加不同逻辑门进行相应的逻辑变换,最终成功得到了源端所发出的信息;对具有N个中继点的系统进行了研究,解决了远距离的量子信息传输问题。