一种基于腔QED的量子隐写方法

摘要

量子隐写的目标在于通过量子隐藏信道实现秘密消息的隐秘通信。量子隐写在许多方面有着重要的应用，如隐秘通信、量子身份认证等。本发明提出一种基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隐写方法。本发明的量子隐写方法不受腔泄露和热腔场的影响。秘密消息通过在腔QED中一个GHZ态和一个Bell态之间的纠缠交换和Hadamard操作实现隐秘传送。本发明的量子隐写方法解码2比特秘密消息时只需要进行局部单独测量。而且，隐藏信道的容量可以增加到4比特。

主权项

一种基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隐写方法，秘密消息通过在腔QED中一个GHZ态和一个Bell态之间的纠缠交换和Hadamard操作实现隐秘传送，包括以下六个过程：S1)分别产生大量(n)的|S^‑>_ABC和|ψ^‑>_DE作为原子A、B、C和原子D、E的初始状态；G_A、G_B、G_C、G_D、G_E分别代表A、B、C、D、E的原子序列，因此，G_A＝[A₁，A₂，…，A_n]，G_B＝[B₁，B₂，…，B_n]，G_C＝[C₁，C₂，…，C_n]，G_D＝[D₁，D₂，…，D_n]，G_E＝[E₁，E₂，…，E_n]；原子A、D属于Alice，原子B、C、E属于Bob，那么，Alice保存G_A、G_D，Bob保存G_B、G_C、G_E；S2)信息传送模块：(a)根据信息比特序列，Alice分别对G_A和G_D施加酉操作；在对G_A和G_D的原子施加酉操作后，G_A转化为G′_A，G_D转化为G′_D；为了保持一致，尽管G_B、G_C和G_E的原子没有被施加酉操作，仍然分别用G′_B、G′_C、G′_E来代表原始的G_B、G_C、G_E；也就是G′_B与G_B一样，G′_C与G_C一样，G′_E与G_E一样；(b)Alice根据秘密消息从G′_D选择出两个原子D′_m、D′_m+1，然后进入秘密消息隐藏模块；(c)Alice通过量子信道将G′_A和G′_D传送回Bob；(d)在收到G′_D和得到m的值后，Bob通过对D′_mE′_m进行Bell基测量解码出它们所携带的信息；S3)秘密消息隐藏模块：(a)根据秘密消息，Alice从G′_D选择出两个原子D′_m、D′_m+1，其中下标m代表原子D′_m在G′_D中的位置；m的值必须满足一致性条件，也就是意味着A′_mB′_mC′_m的初始GHZ态和D′_mE′_m的初始Bell态必须与秘密消息保持编码对应的一致性；在通过执行改进的Bostrom‑Felbinger(improved Bostrom‑Felbinger，IBF)方法或经典信道的一次一密将m传送给Bob之前，一个合适的m可以事先被Alice确定；(b)通过事先对D_m+1施加同样的酉操作，D′_mE′_m所携带的信息可以被D′_m+1E′_m+1复制，也就是，D′_m+1E′_m+1不正常传送信息，而只是作为一个辅助的Bell态以协助隐藏秘密消息；S4)Bob同时将原子A′_m、D′_m+1送入一个单模腔；在经典场的驱动下，原子A′_m、D′_m+1同时与单模腔相互作用；Bob选择作用时间和拉比频率满足λt＝π/4和Ωt＝π；S5)Bob同时将原子B′_m、E′_m+1送入另一个单模腔；在经典场的驱动下，原子B′_m、E′_m+1同时与单模腔相互作用；Bob选择作用时间和拉比频率满足λt＝π/4和Ωt＝π；S6)秘密消息解码模块：(a)Bob对原子C′_m施加Hadamard操作；(b)当它们飞出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分别测量原子A′_m、D′_m+1的状态；(c)当它们飞出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分别测量原子B′_m、E′_m+1的状态；(d)Bob以Z基{|e>，|g>}测量原子C′_m的状态；(e)根据自己关于原子A′_m、D′_m+1，原子B′_m、E′_m+1和原子C′_m的测量结果，Bob可以解码出Alice传送的秘密消息；然后，根据秘密消息和D′_mE′_m的状态，A′_mB′_mC′_m携带的信息可以被恢复出来。