抗集体退相位噪声的无信息泄露量子对话协议

摘要

本发明提出一个抗集体退相位噪声的无信息泄露量子对话协议。本发明协议利用无消相干子空间具有抗噪声干扰不变性的逻辑量子比特消除噪声影响，通过直接传送相应的辅助逻辑量子比特使两个合法用户秘密共享每个逻辑量子比特的初态以克服信息泄露问题。在本发明协议中，秘密信息通过两个复合酉操作被编码在初始逻辑量子比特。而且，解码只需单光子测量而非Bell态测量或更复杂的测量，使得协议容易执行。安全性分析表明，Eve的几种主动攻击都能被有效克服，如截获-重发攻击、测量-重发攻击、纠缠-测量攻击和控制非操作攻击。另外，与Yang和Hwang的抗噪声量子对话协议相比，本发明协议在量子资源和量子测量上具有更好的表现。

主权项

1.一种抗集体退相位噪声的无信息泄露量子对话协议，利用无消相干子空间具有抗噪声干扰不变性的逻辑量子比特消除噪声影响；通过直接传送相应的辅助逻辑量子比特使两个合法用户秘密共享每个逻辑量子比特的初态以克服信息泄露问题；通过两个复合酉操作将秘密信息编码在初始逻辑量子比特；只需单光子测量而非Bell态测量或更复杂的测量就能实现解码；共包括以下五个过程：S1)Bob的制备和传送：Bob制备一个含有2N个逻辑量子比特的序列$S=\{L_1,L_1^{\prime },L_2,L_2^{\prime },···,L_n,L_n^{\prime },···,L_N,L_N^{\prime }\},$使每两个相邻的逻辑量子比特L_n和处于相同的态(随机处于$\left\{\right|0_{\mathrm{dp}}{>}_L,|1_{\mathrm{dp}}{>}_L,|+x_{\mathrm{dp}}{>}_L,|-x_{\mathrm{dp}}{>}_L\}$四个态之一)；为了第一次安全检测，Bob还制备δ₁＋δ₂个随机处于上述四个态之一的样本逻辑量子比特；然后，Bob随机将这些样本逻辑量子比特插入序列S，从而形成一个新序列S′；最后，Bob让序列S′中每个逻辑量子比特的两个光子通过一个时间窗快于噪声变化的光纤，并将它们传送给Alice；S2)第一次安全检测：在Alice向Bob告知收到序列S′后，他们开始执行第一次安全检测；Bob告诉Aliceδ₁个样本逻辑量子比特的位置和制备基；Alice利用Bob的制备基测量δ₁个样本逻辑量子比特并告诉Bob她的测量结果；Bob通过对比δ₁个样本逻辑量子比特的初态和Alice的测量结果判断量子信道是否安全；如果不存在窃听，通信继续，否则通信被终止；S3)Alice的编码和传送：Alice丢弃序列S′中的δ₁个样本逻辑量子比特；Bob告诉Aliceδ₂个样本逻辑量子比特的位置；Alice挑选出δ₂个样本逻辑量子比特，并将剩余2N个逻辑量子比特保存起来恢复成序列S；Alice将序列S划分为N个信息组，每两个相邻逻辑量子比特L_n和构成一个信息组；Alice和Bob商定每个信息组中只有第一个逻辑量子比特用于编码；然后，Alice通过对第n个信息组的逻辑量子比特L_n施加复合酉操作来编码她的1比特秘密信息k_n，相应地，逻辑量子比特L_n变为第n个信息组变为然后，Alice从每个信息组中将第一个逻辑量子比特取出形成一个新序列L，也就是，$\{U_1^{{\mathrm{dp}}_{k_1}}{L}_1,U_2^{{\mathrm{dp}}_{k_2}}{L}_2,...,U_n^{{\mathrm{dp}}_{k_n}}{L}_n,···,U_N^{{\mathrm{dp}}_{k_N}}{L}_N\};$每个信息组的剩余逻辑量子比特形成一个新序列L′，即Alice还通过施加两个复合酉操作和中的一个对δ₂个样本逻辑量子比特中的每个逻辑量子比特编码她的检测信息；然后，Alice随机将这些δ₂个编码的样本逻辑量子比特插入序列L，这样形成新序列L″；最后，Alice将序列L″传送给Bob，并将L′由自己保存；S4)第二次安全检测：在Bob告诉Alice收到序列L″后，他们开始执行第二次安全检测；Alice告诉Bob序列L″中δ₂个编码的样本逻辑量子比特的位置；既然他自己制备δ₂个样本逻辑量子比特，Bob能够知道它们的初态和δ₂个编码的样本逻辑量子比特的测量基，Bob选择正确的测量基测量δ₂个编码的样本逻辑量子比特来解码出Alice的检测信息；然后，Bob向Alice公布他解码出的检测信息；Alice将Bob的公布与她的检测信息进行对比；如果没有窃听，通信继续，否则通信被终止；S5)Bob的编码和他们的解码：Bob丢弃序列L″中的δ₂个编码的样本逻辑量子比特，这样，序列L″转变成序列L；然后，Bob对逻辑量子比特施加复合酉操作来编码他的1比特秘密信息i_n，相应地，逻辑量子比特变为一个新的逻辑量子比特序列L变为$\{U_1^{{\mathrm{dp}}_{l_1}}{U}_1^{{\mathrm{dp}}_{k_1}}{L}_1,U_2^{{\mathrm{dp}}_{l_2}}{U}_2^{{\mathrm{dp}}_{k_2}}{L}_2,···,U_n^{{\mathrm{dp}}_{i_n}}{U}_n^{{\mathrm{dp}}_{k_n}}{L}_n,···,U_N^{{\mathrm{dp}}_{l_N}}{U}_N^{{\mathrm{dp}}_{k_N}}{L}_N\};$既然Bob自己制备逻辑量子比特L_n，他能够知道它的初态和逻辑量子比特的测量基，Bob利用正确的测量基测量逻辑量子比特并公开宣布他的测量结果；根据逻辑量子比特L_n的初态和他的复合酉操作Bob能够读出Alice的1比特秘密信息k_n；对于Alice，根据Bob公布的逻辑量子比特的测量结果，她能够选择正确的测量基测量序列L′中的逻辑量子比特由于每两个相邻的逻辑量子比特L_n和被Bob制备成相同的态，Alice能够知道逻辑量子比特L_n的初态；然后，根据她的复合酉操作Alice能够读出Bob的1比特秘密信息i_n。