量子直接通信

量子直接通信是量子通信中的一个重要分支, 它是一种不需要事先建立密钥而直接传输机密信息的新型通信模式. 本综述将介绍量子直接通信的基本原理, 回顾量子直接通信的发展历程, 从最早的高效量子直接通信协议、两步量子直接通信模型、量子一次一密直接通信模型等, 到抗噪声的量子直接通信模型以及基于单光子多自由度量子态及超纠缠态的量子直接通信模型, 最后介绍量子直接通信的研究现状并展望其发展未来.     

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.     

量子通信

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科。文章综述了量子通信领域的研究进展，既包括人们所熟知的量子隐形传态、密集编码和量子密码学，也包括刚刚兴起但却有巨大潜力的量子通信复杂度和远程量子通信等领域。文章介绍了量子通信的基本理论框架，同时也涉及了这个领域最新的实验研究的进展。     

基于纠缠态的量子通信网络的量子信道建立速率模型

针对基于纠缠态的量子通信网络, 提出了网络模型. 基于网络模型, 首先分析了基础链路的量子信道建立速率. 然后根据基础链路的量子信道建立速率, 针对不同的量子信道建立方法, 对中继长链路上的量子信道建立速率进行分析, 得到在逐点方法和分段方法下所对应的量子信道建立速率. 最后, 利用逾渗模型, 对大规模纠缠态量子通信网络中任意两点间的量子信道建立速率进行分析, 推导出n个节点量子通信网络中, 量子信道建立速率为Ω (1/n).     

量子计算与量子通信

介绍了量子计算的基本原理及量子通信的可行性 ,并对量子信息的表达方式及其实现方法、量子同调态等做了探讨     

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．     

噪声情况下的量子网络直接通信

提出和研究了噪声情况下的量子网络直接通信. 通信过程中所有量子节点共享多粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)量子纠缠态; 发送节点将手中共享的GHZ态的粒子作为控制比特、传输秘密信息的粒子作为目标比特, 应用控制非门(CNOT)操作; 每个接收节点将手中共享GHZ 态的粒子作为控制比特、接收到的秘密信息粒子作为目标比特, 再次应用CNOT门操作从而获得含误码的秘密信息. 每个接收节点从秘密信息中提取部分作为检测比特串, 并将剩余的秘密信息应用奇偶校验矩阵纠正其中存在的比特翻转错误, 所有接收节点获得纠正后的秘密信息. 对协议安全、吞吐效率、通信效率等进行了分析和讨论.     

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...     

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.     

量子通信研究进展与应用

量子通信利用量子信道进行信息的编码、传输和处理,具有安全性高和信道容量高等特点。量子保密通信以信息安全为主要目的,包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等模式。利用量子纠缠,量子隐形传态根据事先已经分发的纠缠粒子对实现不传输实物粒子而传输未知粒子的状态,量子密集编码通过传输一个粒子而实现两个粒子信息的传输,这些是经典通信无法实现的任务。文章简单介绍量子通信的内容和进展情况。     

基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议

基于量子远程通信的原理, 本文借助双模压缩真空态和相干态, 提出一种连续变量量子确定性密钥分配协议. 在利用零差探测法的情况下协议的传输效率达到了100%. 从信息论的角度分析了协议的安全性, 结果表明该协议可以安全传送预先确定的密钥. 在密钥管理中, 量子确定性密钥分配协议具有量子随机性密钥分配协议不可替代的重要地位和作用. 与离散变量量子确定性密钥分配协议相比, 该协议分发密钥的速率和效率更高, 又协议中用到的连续变量量子态易于产生和操控、适于远距离传输, 因此该协议更具有实际意义.     

一种基于纠缠态的量子中继通信系统

提出了一种基于纠缠态的量子中继通信系统,该系统应用纠缠为基本资源.纠缠为量子隐形传态和绝对安全的量子通信提供了保证.量子中继器用来延长高纠缠度的纠缠光子对的纠缠距离,利用纠缠交换和纠缠纯化在系统的发信者与受信者之间建立光子对的纠缠.应用量子隐形传态的原理传输量子信息.系统分析表明,量子通信系统的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率增大而显著增加,量子信号的传输距离取决于量子中继节点的级数.     

量子密码通信两例

2004年6月5日的北京晚报报道了新华社当天上午的消息：世界上第一个量子密码通信网络3日在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行，该网络的开发得到了美国伍角大楼下属国防高级研究计划局的资助。     

量子密钥分发与量子安全直接通信

量子通信具有高安全性等优点,是当前的国际研究前沿,量子安全直接通信和量子密钥分发是两种重要的量子信息方式.量子密钥分发通过量子信道产生随机的密钥,而量子安全直接通信直接在量子信道中传输秘密信息.本文力图利用浅显易懂的语言介绍量子安全直接通信和量子密钥分发的基本原理;重点描述几个典型的量子安全直接通信方案,介绍目前的发展状态并展望未来.     

基于量子隐形传态的无线通信网络身份认证方案

提出了有中心的结构化量子通信网络概念,并在经典认证基础之上,结合量子隐形传态技术实现了无线通信网络的身份认证.此认证方案通过对无线局域网的认证进行探讨进而推广至整个无线通信网络中.在无线局域网中,在已获得SK与EPR对的前提下,STA与AP两端通过量子信道进行信息传输,然后AP对手中的量子态进行幺正变换后将得到的信息与原先的备份信息进行保真度计算,从而判定是否认证成功.     

基于光前置放大器的量子密钥分发融合经典通信方案

量子密钥分发融合经典通信方案将连续变量量子密钥分发和经典通信合并到了一起,为将来在现有的光网络上同时进行密钥分发和经典通信提供了一个有效的方法.然而,在量子信号上叠加一个经典信号将会给连续变量量子密钥分发系统引入过噪声从而大大降低系统的性能.本文提出基于光前置放大器的量子密钥分发融合经典通信方案,即在接收端插入光前置放...     

基于GHZ态的量子网络身份认证方案

利用量子力学中纠缠态的非定域关联性,提出了一种基于GHZ态的星型量子通信网络方案,该方案能有效地对用户身份进行认证,提高信息传输的安全性,实现任意站点间的量子通信.     

基于超导量子干涉仪与介观LC共振器耦合电路的量子通信

量子计算如何在实验上实现一直受到广泛关注. 包括超导Josephson结的小量子器件(如超导量子干涉仪, SQUID)是实现量子计算的一种非常具有发展前景的物理系统. 本文通过对SQUID和介观LC共振器耦合电路系统的Cooper对数-相量子化机制的讨论, 合理地调制参数, 由此导出了该耦合电路在两能级近似下的J-C模型形式, 并提出了一种基于此模型的可实现量子信息传递的方案. 根据此方案可以利用介观LC共振器为数据总线来执行两SQUID间电荷量子比特的传递.     

基于量子长短期记忆网络的量子图像混沌加密方案

近年来,图像信息的传输安全性已经成为互联网领域的重要研究方向.本文提出了一种基于量子长短期记忆(quantum long-short term memory, QLSTM)网络的量子图像混沌加密方案.结果发现,因为QLSTM网络具有复杂的结构和较多的参数,应用QLSTM网络对Lorenz混沌序列进行改进,其最大Lyapunov指数比原序列提高2.5465%,比经典长短期记忆(long-short term memory, LSTM)网络改进的序列提高0.2844%,同时在0—1测试中结果更接近1且更稳定,因此QLSTM网络改进的序列具备更优异的混沌性能,更难以被预测,提高了单一混沌系统加密的安全性.运用NCQI (novel quantum representation of color digital images)量子图像表示模型,将原始图像存储为量子态形式,利用QLSTM网络改进的序列分别控制三级径向扩散、量子广义Arnold变换和量子W变换,改变量子图像的灰度值与像素位置,生成最终的加密图像.本文提出的加密方案在统计学特性测试中,实现了RGB三通道平均信息熵均大于7.999,像...     

全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案

偏振控制在光通信中是至关重要的技术, 关系着通信系统的稳定性和误码率. 本文提出一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案, 通过调节环中一个光纤电光相位调制器的相位差而精确控制光场偏振方向, 并且实现了单个端口输出各种偏振态, 无需后续耦合操作. 相位控制精度为10^-3 rad, 最大消光比可达30 dB, 工作速率可达2 GHz. 由于本方案的精度、调制速度和稳定性都很高, 并采用了器件简单、成本低廉的全光纤光路, 易于集成, 在量子保密通信等光通信领域中有很好的应用前景. 关键词： 光纤偏振控制器 Sagnac环 量子通信