基于一个共享辅助逻辑Bell态的抗集体退相位噪声鲁棒量子对话方法

摘要

本发明提出一种基于一个共享辅助逻辑Bell态的抗集体退相位噪声鲁棒量子对话方法。在本发明方法中，每个由四物理量子比特构成的四个逻辑Bell态被用于对抗集体退相位噪声。信息泄露问题通过从一个通信方向另一个通信方直接两步传送辅助逻辑Bell态来克服。Bell态测量而非四量子比特联合测量被用于解码。本发明方法对窃听者的主动攻击，如截获‑重发攻击、测量‑重发攻击、纠缠‑测量攻击和木马攻击，具有良好的安全性。

主权项

一种基于一个共享辅助逻辑Bell态的抗集体退相位噪声鲁棒量子对话方法，利用每个由四物理量子比特构成的四个逻辑Bell态对抗集体退相位噪声；通过从一个通信方向另一个通信方直接两步传送辅助逻辑Bell态来克服信息泄露问题；利用Bell态测量而非四量子比特联合测量进行解码；对窃听者的主动攻击，如截获‑重发攻击、测量‑重发攻击、纠缠‑测量攻击和木马攻击，具有良好的安全性；共包括以下五个过程：S1)Alice对传输量子态的制备和对第一次窃听检测的准备：Alice产生一个由2N个逻辑Bell态组成的传输量子态序列，即S＝{(A₁，B₁)，(A₂，B₂)，…，(A_t，B_t)，…(A_2N，B_2N)}，其中A_t和B_t(t＝1，2，…，2N)分别为第t个逻辑Bell态的第1和第2个逻辑量子比特；而且，Alice事先使每两个相邻的逻辑Bell态(A_2n‑1，B_2n‑1)和(A_2n，B_2n)(n＝1，2，…，N)处于相同的随机处于四个量子态之一的量子态；Alice从每个逻辑Bell态挑选出第1个逻辑量子比特来组成一个新的序列S_A＝{A₁，A₂，…，A_2N‑1，A_2N}，剩余的逻辑量子比特构成另一个新的序列S_B＝{B₁，B₂，…，B_2N‑1，B_2N}；为了窃听检测，Alice制备足够的随机处于四个量子态{|0_dp>，|1_dp>，|+_dp>，|‑_dp>}之一的诱骗逻辑量子比特；然后，Alice将它们与S_B随机地混合来构成一个新序列S′_B；最后，Alice将S′_B发送给Bob，并将S_A保留在自己手中；S2)第一次窃听检测：在Alice确认Bob成功收到后，他们开始公开讨论；Alice向Bob公开那些诱骗逻辑量子比特的位置和制备基；然后，Bob用Alice告诉的基测量那些诱骗逻辑量子比特，并向Alice宣布他的测量结果；Alice 能容易地通过比较那些诱骗逻辑量子比特的初态和Bob对它们的测量结果估计出错误率；如果错误率不合理地高，通信被放弃，否则，通信被继续；S3)Alice的编码和对第二次窃听检测的准备：根据她的第n个两比特秘密信息(i_n，j_n)，Alice对逻辑量子比特A_2n‑1施加复合酉操作进行编码，其中i_n，j_n∈{0，1}，n∈{1，2，…，N}；相应地，S_A被转变为为了窃听检测，Alice制备足够的随机处于四个量子态{|0_dp>，|1_dp>，|+_dp>，|‑_dp>}之一的诱骗逻辑量子比特，并将它们与S′_A随机混合来构成一个新序列S″_A；然后，Alice将S″_A传送给Bob；S4)第二次窃听检测：在Alice确认Bob成功收到后，他们执行与第一次窃听检测一样的公开讨论；S5)Bob的编码和他们的解码：Bob分别丢弃S′_B和S″_A中所有的诱骗逻辑量子比特；这样，S′_B和S″_A被分别改变为S_B和S′_A；然后，根据他的第n个两比特秘密信息(k_n，l_n)，Bob对S′_A中的逻辑量子比特施加复合酉操作进行编码，其中k_n，l_n∈{0，1}，n∈{1，2，…，N}；相应地，S′_A被转变为在手上拥有两个序列S_B和S″′_A后，Bob按顺序从每个序列挑选出一个逻辑量子比特，并将两个相邻的逻辑Bell态保存为一组；也就是说，第n组为对于第n组的每个逻辑Bell态，Bob对第一和第三个量子比特、第二和第四个量子比特施加两个Bell态测量；然后，Bob公开他对第一个逻辑Bell态的测量结果；根据Bob的公布和她的复合酉操作Alice能够解码出Bob的两比特秘密信息，既然她自己制备 (A_2n‑1，B_2n‑1)；类似地，Bob能读出Alice的两比特秘密信息，因为他从对(A_2n，B_2n)的测量知道(A_2n‑1，B_2n‑1)的初态。