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一种基于光子轨道角动量编码的量子安全直接通信方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:进行量子态编码;设高维度量子空间的维度为p,p为大于2的整数;构造量子空间中的轨道角动量相位控制算符<img file="FDA0000718261160000011.GIF" wi="388" he="142" />参数ω=e<sup>i2π/p</sup>;构造量子空间中的轨道角动量大小控制算符<img file="FDA0000718261160000012.GIF" wi="391" he="150" />构造量子态编码的具体形式,为两组完备的本征量子态,其形式表示为{|t>,t=0,1,2,...,p‑1}以及{ψ<sub>t</sub>>};其中,<img file="FDA0000718261160000013.GIF" wi="610" he="156" />参数s<sub>j</sub>=j+(j+1)+...+(p‑1),k表示0,1,2,...,p‑1中任意数值;步骤2:进行量子安全直接通信,设通信中的发送方为Alice和接收方为Bob,通信开始前,通信双方预先选定维度空间p,具体通信过程包括步骤2.1~步骤2.4;步骤2.1:接收方Bob随机制备一组光子序列,其内光子的轨道角动量状态随机的处在本征量子态空间{|t>,t=0,1,2,...,p‑1}或者{ψ<sub>t</sub>>}中;Bob将光子序列发送给Alice;步骤2.2:Alice接收Bob发送来的光子序列,从光子序列中随机选出一部分光子作为校验光子,则光子序列中除去校验光子的剩余光子为待编码光子;Alice将校验光子随机进行<img file="FDA0000718261160000014.GIF" wi="80" he="88" />或/和<img file="FDA0000718261160000015.GIF" wi="78" he="89" />的测量,获取校验光子的角动量状态;然后Alice和Bob通过公开信道比对测量基和测量结果;步骤2.3:如果Alice和Bob比对的测量结果的误码率低于信道的安全阈值,则通信信道是安全,否则,通信信道不安全;若通信信道安全,Alice对待编码光子进行编码操作;编码操作过程是:根据需要传输的h进制信息序列,利用<img file="FDA0000718261160000016.GIF" wi="60" he="94" />操作编码逻辑比特0,利用<img file="FDA0000718261160000017.GIF" wi="184" he="94" />操作编码逻辑比特h,其中<img file="FDA0000718261160000018.GIF" wi="61" he="93" />为单位矩阵,h的取值范围为(1,2,...,p‑1);Alice将完成编码操作的光子发送给Bob;若通信信道不安全,则停止当前通信;步骤2.4:Bob接收到光子后,根据制备光子序列时选择的本征量子态空间,对每一个光子在其本征量子态空间中进行测量,获取光子的轨道角动量状态;对比光子的轨道角动量的初始状态和最终状态,Bob获取Alice所进行的编码操作,构造出Alice发送的编码逻辑比特信息。 |