基于纠缠的选择自动重传量子同步通信协议

分析经典选择重传自动请求重传（automatic repeat-request,ARQ）协议之后,利用量子力学中纠缠态的非定域关联性,提出了数据链路层的选择重传ARQ量子同步通信协议.该协议把链路分为准备阶段和发送阶段.在线路准备阶段完成EPR (Einstein-Podolsky-Rosen)关联对的分发,建立量子信道;在发送阶段完成数据帧和量子确认帧的传送.从吞吐量和信道利用率等方面比较分析了几种常见的数据链路层通信协议的性能.研究表明,该协议可以有效地提高数据链路层的最大吞吐量和信道利用率,改善选择重传ARQ协议的性能,在受时间瓶颈限制的通信中有着重要的应用价值.     

基于纠缠的数据链路层量子通信协议

利用量子力学中的纠缠关联性，提出了数据链路层的量子通信协议. 该协议把线路分为忙闲时段，量子纠缠态的分发预先在闲时段完成，数据经由经典链路发送，确认帧经由量子纠缠信道发送. 量子信息的传输可以是瞬时的，因此两个发送成功的数据帧之间的最小时间间隔可以大为减小. 研究表明该协议能有效地提高数据链路的最大吞吐量，改善数据链路层停止等待协议的性能. 关键词： 量子通信 纠缠 停止等待协议 数据链路     

基于量子隐形传态的数据链路层选择重传协议

提出了数据链路层中基于量子隐形传态的量子选择重传协议.即在量子网络的两个站点进行通信时,发送方通过加入辅助量子比特位,把一系列的量子比特分成m帧.在连续传送m个量子帧后,接收方根据发送方所提供的经典信息,判断自己是否收到正确无误的量子帧.若接收方收到了正确的量子帧, 则用量子信道返回确认帧;若接收方没有收到量子帧或收到错误的量子帧, 则不返回否认帧.发送方在设定的时间内,根据收到的确认帧判断需要重发的量子帧.由于只重发丢失或出错的量子帧,该协议减少了通信过程的传播时延,提高了通信效率.在整个通信过程中,仅用经典信道传送测量信息,从而降低了经典信道的负担.     

采用纠缠辅助量子LDPC码和检错重传策略的 量子直传通信方案

针对现有量子信息直传协议在有噪音量子信道下传输效率低及可靠性差的问题,提出了一种有效利用纠缠资源的量子安全直传通信方案.通过收发双方共享纠缠粒子作为辅助比特,采用纠缠辅助量子低密度校验码对量子态信息进行前向纠错保护,以提高系统在噪音环境下的传输可靠性.同时采用自动请求重传策略对量子态信息进行检错编码保护,当因窃听或强噪音导致译码获得的信息不正确时,则请求发端对该组信息进行编码重传操作.文中对所选用纠缠辅助量子低密度校验码在量子退极化噪音信道下的迭代译码性能进行了仿真,最后对方案的安全性进行了分析论证.     

一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析

大规模量子通信网络中,采用量子分组传输技术能有效提升发送节点的吞吐量,提高网络中链路的利用率,增强通信的抗干扰性能.然而量子分组的快速传输与路由器性能息息相关.路由器性能瓶颈将严重影响网络的可扩展性和链路的传输效率.本文提出一种量子通信网络分层结构,并根据量子密集编码和量子隐形传态理论,给出一种基于分层的量子分组信息传输方案,实现端到端的量子信息传输.该方案先将量子分组按照目的地址进行聚类,再按聚类后的地址进行传输.仿真结果表明,基于分层的量子分组信息传输方案能够有效减少量子分组信息在量子通信网络中的传输时间,并且所减少的时间与量子路由器性能与发送的量子分组数量有关.因此,本文提出的量子分组信息传输方案适用于大规模量子通信网络的构建.     

多方控制的量子安全直接通信协议的分析及改进

对一种多方控制的量子安全直接通信协议(WCZT协议)进行了安全性分析,并利用隐形传态给出了一种新的攻击方法.利用该攻击方法,接收方可以在没有征得任何控制方同意的情况下获得发送方的消息,因此该协议是不安全的.对该协议进行了改进,分析表明改进后的协议能够抵抗这种攻击,可以满足多方控制的量子安全直接通信的目的. 关键词： 隐形传态 单光子 多方控制 量子安全直接通信     

基于单光子的单向量子安全通信协议

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点. 关键词： 量子密码 量子安全通信 单光子 单向通信     

基于GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议

基于连续变量GHZ态的纠缠特性,提出一种三方量子确定性密钥分配协议,其中密钥由GHZ态的振幅产生,而相位可以用来验证信道的安全性.现有的量子确定性密钥分配协议一次只能向一个接收方传送密钥,现实生活中经常要向多个接收方发送确定性密钥.信息论分析结果表明,当信道传输效率大于0.5时,该协议可以同时向两个接收方安全传送确定性密钥,制备多重纠缠态后,该协议还能够扩展成多方量子确定性密钥分配协议,这极大提高了密钥的整体传送效率,而且连续变量量子GHZ态信道容量较高,因此该协议具有重要的现实意义.     

基于最少中继节点约束的量子VoIP路由优化策略

量子信息的传输过程中,由于拥塞、链路故障等原因,导致数据分组在路由器排队,产生时延、丢包.为了保证量子Vo IP系统的性能,本文提出了基于最少中继节点约束的路由优化策略.采用基于纠缠交换的中继技术,通过优先选择最少中继节点的量子信道,实现多用户量子Vo IP通信.理论分析和仿真结果表明,当链路出现故障和拥塞时,基于M/M/m型排队系统,采用本策略,当设定量子比特的误码率为0.2,共用信道数目从4增加到8时,量子网络的呼损率由0.25下降到0.024,量子网络的最大吞吐量由64 kbps增加到132 kbps.当设定共用信道数目为4,控制量子比特的误码率从0.3到0.1时,可使量子网络最大吞吐量从41 kbps增加到140 kbps.由此可见,本策略能够极大地提高量子Vo IP网络的性能.     

基于量子远程传态的无线自组织量子通信网络路由协议

针对复杂结构的无线量子通信网络,提出了无线自组织量子通信网络概念并设计其路由协议．该路由协议为按需路由协议,路由度量基于相邻节点问的纠缠粒子对数目．需要发送携带信息的量子态的节点发起路由请求和建立过程,由目的节点根据路由度量选择路径．目的节点选择路径后,沿所选路径发送路由应答信息至源节点并通知路径中其他节点．信息传输过程中,若所选路径中相邻节点问无线信道或者量子信道中断,将重新发起一个路由发现过程．建立新路由．路径中节点收到路由应答信息后,利用纠缠交换和两端逼近方法,从路径两端向中间节点方向进行纠缠交换,建立量子信道后,通过量子远程传态传输携带信息的量子态,从而实现无线自组织量子通信网络中任意两节点问信息的传递．     

基于分组交换的量子通信网络传输协议及性能分析

量子纠缠交换能够建立可靠的量子远程传输信道, 实现量子态的远程传输. 然而, 基于纠缠交换的量子信道要求网络高度稳定, 否则会浪费大量纠缠资源. 为节省纠缠资源, 本文根据隐形传态理论, 提出了一种基于分组交换的量子通信网络传输协议, 建立了发送量子态所需的纠缠数目与所经过的路由器数、链路错误率的定量关系, 并与纠缠交换传输协议进行了比较. 仿真结果表明, 在链路错误率为0.1% 时, 分组传输协议所使用的纠缠数目少于纠缠交换的数目, 另外, 随着错误率的升高, 分组传输协议所需的纠缠数比纠缠交换协议明显减少. 由此可见, 基于分组交换的量子通信网络传输协议在网络不稳定时, 能够节省大量纠缠资源, 适用于链路不稳定的量子通信网络.     

Quantum secure direct communication and deterministic secure quantum communication

In this review article, we review the recent development of quantum secure direct communication (QSDC) and deterministic secure quantum communication (DSQC) which both are used to transmit secret message, including the criteria for QSDC, some interesting QSDC protocols, the DSQC protocols and QSDC network, etc. The difference between these two branches of quantum communication is that DSQC requires the two parties exchange at least one bit of classical information for reading out the message in each qubit, and QSDC does not. They are attractive because they are deterministic, in particular, the QSDC protocol is fully quantum mechanical. With sophisticated quantum technology in the future, the QSDC may become more and more popular. For ensuring the safety of QSDC with single photons and quantum information sharing of single qubit in a noisy channel, a quantum privacy amplification protocol has been proposed. It involves very simple CHC operations and reduces the information leakage to a negligible small level. Moreover, with the one-party quantum error correction, a relation has been established between classical linear codes and quantum one-party codes, hence it is convenient to transfer many good classical error correction codes to the quantum world. The one-party quantum error correction codes are especially designed for quantum dense coding and related QSDC protocols based on dense coding.      

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

Efficient quantum secure communication with a publicly known key

This paper presents a simple way for an eavesdropper to eavesdrop freely the secret message in the experimental realization of quantum communication protocol proposed by Beige et al （2002 Acta Phys. Pol. A 101 357）. Moreover, it introduces an efficient quantum secure communication protocol based on a publicly known key with decoy photons and two biased bases by modifying the original protocol. The total efficiency of this new protocol is double that of the original one. With a low noise quantum channel, this protocol can be used for transmitting a secret message. At present, this protocol is good for generating a private key efficiently,     

An efficient quantum secure direct communication scheme with authentication

In this paper an efficient quantum secure direct communication (QSDC) scheme with authentication is presented, which is based on quantum entanglement and polarized single photons. The present protocol uses Einstein--Podolsky--Rosen (EPR) pairs and polarized single photons in batches. A particle of the EPR pairs is retained in the sender's station, and the other is transmitted forth and back between the sender and the receiver, similar to the `ping--pong' QSDC protocol. According to the shared information beforehand, these two kinds of quantum states are mixed and then transmitted via a quantum channel. The EPR pairs are used to transmit secret messages and the polarized single photons used for authentication and eavesdropping check. Consequently, because of the dual contributions of the polarized single photons, no classical information is needed. The intrinsic efficiency and total efficiency are both 1 in this scheme as almost all of the instances are useful and each EPR pair can be used to carry two bits of information.