两步量子安全直接通信协议的信息论分析

从信息论的角度分析了一个典型的两步量子直接通信方案的安全性,计算了该量子直接通信过程中攻击者Eve所能获得的信息量及在Eve进行攻击后合法通信者所能接收的信息量,为合法者对量子直接通信的安全性判定和对敌手的检测提供了一定的依据和标准.     

基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议

量子安全直接通信(Quantum secure direct communication,QSDC)是一种预先不需要建立共享秘钥而直接传输秘密信息的协议.针对信道中联合噪声的存在,提出一种基于单光子态自避错传输的量子安全直接通信协议.研究结果表明,该方案有效地避免了联合噪声对传输信息的影响,使接收方得到原未知量子态的成功率可趋近于100％,大大提高了量子态传输的保真度.该方案实验操作简单,有很高的学术研究和应用价值.     

基于五粒子团簇态的可控量子安全直接通信

提出了一个利用五粒子团簇态实现的可控量子安全直接通信方案.在这一方案中,首先信息发送者Alice、信息接收者Bob和控制者Charlie共享由Alice制备的一有序序列团簇态作为量子信道;在确定量子信道的安全性以后,Alice制备编码量子态(Bell态)序列,然后通过对自己手中的粒子进行Bell基测量,接着Charlie对自己手中的粒子进行单粒子的测量,就能把信息传送给接收者Bob;最后,Bob测量自己手中的粒子,并通过分析三人的测量结果,从而获得Alice要传送的信息.在我们提出的方案中,携带信息的粒子不需要在公共信道上传输.该文中,我们给出了方案的安全性分析,证明了我们的方案是决定性的和安全的.在未来,我们的方案在以目前的实验技术为基础条件下很可能得到实现.     

多方控制的量子安全直接通信协议

基于单光子序列的顺序重排，提出了一种可应用于一些特殊的场景的多方控制的量子安全直接通信协议.协议中，接收方只有在得到所有控制方的同意之后，才能恢复出发送方的秘密消息.协议的安全性由量子不可克隆定理和单光子序列的秘密传输顺序所保证.此外，除了用于窃听检测的部分光子，所有的光子都用于编码秘密消息，而且协议的实现不需要使用纠缠态，该协议具有效率高和实现简单等特点. 关键词： 量子密码 量子安全直接通信 顺序重排 单光子     

基于Greenberger-Horne-Zeilinger态的控制量子安全直接通讯

我们利用Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态,提出了一个控制量子安全直接通讯方案.在方案中,我们不仅分析了这个方案的安全性,而且指出了这个方案可以有效地抵御截取再发送袭击和干扰袭击.     

基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案的信息泄露问题

最近,一种基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案[物理学报65 230301(2016)]被提出.文章宣称一个量子态可以编码3比特经典信息,从而使得协议具有很高的信息传输效率.不幸的是,该协议存在信息泄露问题:编码在单光子上的3比特经典信息有2比特被泄露,而编码在Bell态上的3比特经典信息有1比特被泄露,所以它不是一个安全的直接量子通信方案.在保留原协议思想且尽可能少地更改原协议的基础上,我们提出一种改进的消息编码规则,从而解决信息泄露问题,使之成为一个高效、安全的量子通信协议.衷心希望研究者能对量子安全通信协议中信息泄露问题引起足够重视,设计真正安全的量子通信协议.     

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     

基于四粒子GHZ态的可控量子双向隐形传态及安全性

提出一个基于四粒子GHZ纠缠态实现未知单粒子态的可控量子双向传态方案.通信双方Alice和Bob以及控制方事先密享两对四粒子GHZ纠缠态以构建量子信道,根据纠缠粒子的不同分发方式,以及测量时所选择的不同测量基,可以分别实现三方和四方参与的可控量子双向传态.通信开始后,Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作量子投影测量,若控制方同意双方通信,则对自己拥有的粒子作测量并通过经典信道公布测量结果.通信双方根据控制方公布的测量结果对各自的某个粒子作相应的幺正变换,即可在己方的粒子上重建对方待传的量子态.由于第三方Charlie以及第四方Dennis的加入,整个双向传态的安全性大为提高.     

基于cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案

提出了一种基于五粒子cluster态的信道容量可控的可控量子安全直接通信方案.通信三方利用五粒子cluster态自身的粒子分布情况,结合诱骗光子,对粒子分别做Z基单粒子测量和Bell基测量,便可完成信道的第一次安全性检测.通信控制方Cindy通过对手中的粒子序列随机选用测量基(Z基或者X基)测量来决定信道容量,并通过经典信道公布结果.发送方Alice将要发送的信息以及校检信息用于对手中的粒子序列进行幺正操作编码,并插入诱骗光子后将编码后的粒子序列发给接收方Bob并通过经典信道告知其诱骗光子的位置信息.Bob接收到粒子序列后,按照经典信道Alice发送的信息,结合Cindy公布的信息,剔除诱骗光子后按照一定的规则对手中的两组粒子序列进行Bell基测量,便可解码完成第二次安全性检测以及得到Alice发送的信息.通过对五粒子cluster态的纠缠结构性质进行分析,阐明了五粒子cluster态在该方案中所表现出的特点的物理缘由.结果表明,只需变化测量基的规则和用于编码的粒子,可以将该方案推广成可控双向量子安全直接通信.     

控制的量子隐形传态和控制的量子安全直接通信

我们提出了一个控制的量子隐形传态方案。在这方案中，发送方Alice 在监督者Charlie的控制下以他们分享的三粒子纠缠态作为量子通道将二能级粒子未知态的量子信息忠实的传给了遥远的接受方Bob。我们还提出了借助此传态的控制的量子安全直接通信方案。在保证量子通道安全的情况下， Alice直接将秘密信息编码在粒子态序列上，并在Charlie控制下用此传态方法传给Bob。Bob可通过测量他的量子位读出编码信息。由于没有带秘密信息的量子位在Alice 和Bob之间传送，只要量子通道安全， 这种通信不会泄露给窃听者任何信息， 是绝对安全的。这个方案的的特征是双方通信需得到第三方的许可。     

一种基于诱骗态的广域量子安全直接通信网络方案

提出了一种基于诱骗态的广域量子安全直接通信网络方案.在每一个局域网中设置一个服务器负责量子态的产生和测量,从而提高了通信距离;将诱骗态的思想引入量子安全直接通信,采用不同的强度发送光脉冲,能够克服光子数目分割攻击,从而提高通信的安全性;根据信道参量估计了不同通信距离的通过率,为信道编码提供了依据.对所提方案进行了安全性分析,结果表明此方案能够实现远距离量子安全直接通信.     

基于四粒子cluster态的四方半量子密钥协商协议

为了满足多用户安全通信的需求,利用四粒子cluster态的纠缠特性和测量-重发操作提出一个四方半量子密钥协商协议。该协议能够使一个全量子方和三个半量子方在无可信第三方协助的情况下进行密钥协商,并公平地建立共享密钥。由于该协议的半量子方仅需执行简单量子态制备、测量和反射操作,因此该协议降低了对参与者能力和设备的要求。研究结果表明,该协议在有效地抵御参与者攻击和所有外部攻击的同时具备良好的性能。     

基于三粒子GHZ态的双向量子可控隐形传态

提出基于三粒子GHZ态的双向量子可控隐形传态方案.方案中,使用两个三粒子GHZ态作为量子通道.而根据在量子通道中发送者,接收者和控制者所拥有的粒子的不同以及所采用的测量基的不同,设计出了三方参与的双向可控量子隐形传态方案和四方参与的双向可控量子隐形传态方案.在方案中,Alice和Bob对所拥有的粒子做合适的投影测量,并将其测量结果通知对方和控制者.若控制者同意此次传态,则会对自己所拥有的粒子做投影测量,并将结果告知接收者.接收者根据发送者和控制者的测量信息,做出相对应的幺正操作来重建发送者的量子态.同时三方参与和四方参与的量子可控隐形传态方案提高了通信的安全性.     

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.     

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     

利用五粒子簇态实现四粒子态的量子隐形传态

主要研究了运用五粒子簇态作为量子通道来实现特殊形式的四粒子态的量子隐形传态方案.该方案运用了量子力学中量子纠缠的理论.在这个方案中,发送者只需要进行五粒子冯·诺依曼投影测量,接收者根据发送者的测量结果,通过在其量子位上执行一些适当的幺正变换得出原始的四量子比特状态.提出的这个方案可以很好地应对一般的窃听方式.     

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.     

带双向身份认证的基于单光子和Bell态混合的量子安全直接通信方案

针对量子安全直接通信中身份认证的需要,提出一种带双向身份认证的基于单光子和Bell态混合的量子安全直接通信方案.通信开始前通信双方共享一串秘密信息,先利用单光子来验证接收方的合法性,再利用Bell态粒子验证发送方的合法性,之后将Bell态粒子与单光子混合作为载体发送.每一次发送量子态时都加入窃听检测粒子,而一旦窃听者截获发送粒子,由于得到的是不完整的粒子,窃听者无法恢复原始信息,并且窃听行为会立刻被发现,从而终止通信.本方案中单光子和Bell态充得到分利用,且混合之后的通信能有效提高传输效率和编码容量以及量子比特利用率.安全性分析证明,本方案能抵御常见的外部攻击和内部攻击.     

基于Bell态和Bell测量的无信息泄露受控双向量子安全直接通信(英文)

提出一个无信息泄露的受控双向量子安全直接通信协议.协议中合法通信双方Alice和Bob在控制者Charlie的控制下实现彼此秘密信息的安全交换,利用3个Bell态纠缠交换后的测量相关性来克服信息泄露问题.由于该协议仅利用Bell态作为量子资源,而且仅需要进行Bell测量,所以方便实现.安全性分析表明,该协议不仅能检测到外部窃听者的主动攻击,而且还能检测到控制者Charlie的不诚实行为,因此,具备良好的安全性.     

双向隐形传态方案及安全性分析

提出了一种用Bell纠缠态作为量子信道,实现双向隐形传态的方案.通信双方Alice、Bob事先共享二对Bell纠缠态,通信开始后,Alice、Bob分别对自己拥有的部分粒子作Bell基联合测量,并将测量结果通过经典信道告诉对方.Alice、Bob根据对方提供的测量结果,做相应的幺正变换,即在己方的粒子上,再现对方要传的量子态信息,从而实现双向传态的目的.为了提高量子双向隐形传态的安全性,加入第三方控制,分析表明,通过增加控制方的粒子数可以增加系统的安全性,但增加到一定数量后,将无助于量子信道安全性的提高.