基于量子随机行走和多维混沌的三维图像加密算法

随着互联网的发展,人们对于信息安全的需求日益增加,而经典的加密技术存在着密钥空间小、易破解的缺陷,图像加密技术在保护图像信息安全和隐私内容等方面的问题亟待解决.量子随机行走作为一种新型量子密钥生成器,其密钥空间大,与经典随机行走相比计算速度与安全性有着明显的提高.本文提出一种基于量子随机行走并涉及Lorenz和Rossler多维混沌的三维图像加密算法.首先应用高斯金字塔对图像进行处理然后按照一定比例将处理后的图像切割成4份;其次使用量子随机行走生成的随机序列与多维混沌中的Lorenz混沌系统生成的随机序列对分成的若干块子图像进行汉明距离计算然后进行合成,并且对图像RGB三通道之间进行欧氏距离计算;最后将汉明距离与欧式距离取余得到的序列值作为初始值输入多维混沌中的Rossler系统,生成随机序列作为密钥对图像的RGB通道进行异或操作得到加密后的图像,对应解密方案为加密过程逆过程.此外,本文采用基于离散余弦变换和奇异值分解的盲水印嵌入算法将水印信息嵌入到加密后的图像中,实现接收方可以通过提取水印,根据水印信息的完整性来判断传输过程中图像是否遭受到攻击破坏,如无遭受恶意攻击,则对图像进行解密...     

基于原子系综集体激发的量子存贮

近几年来,人们从理论和实验两个方面探讨了利用自由原子系综作为量子记忆体的可能性. 基于固定于格点上Λ型“原子”系综的准自旋波激发的研究, 提出了实现光子信息量子存贮的新方案. 这个方案的目标是为了克服自由原子系综量子存贮方案中存在的量子态漏损诱导退相干的致命问题. 研究过程中发现了系综型量子记忆体中隐藏动力学的对称性和其绝热暗态演化的选择定则. 为了确切地表述这个工作的意义,还扼要地介绍这个方案建立的前期关于原子系综对称集体激发的系列工作. In this article we reviews a new protocol of quantum memory based on the quasi pin wave excitation of the Λ systems fixed the sites of lattice. This protocol tries to avoid the disadvantage of the quantum memory scheme based on free atom ensemble, the quantum decoherence induced by the quantum leakage of collective state. Especially,we discover a universal dynamic symmetry hidden in various ensemble based quantum storage scheme. To understand the significance of this work exactly, we also give a brief introduction to our systematical studies on collective symmetric excitons in quantum ensemble,which is the necessary to propose the present scheme for quantum memory.     

量子混沌研究中的几个疑难问题

本文对量子混沌研究中的几个疑难问题进行了讨论,着眼于量子体系状态的整体性质,从量子正则变换不变性质的破坏来阐明量子混沌运动的发生,指出量子混沌与经典混沌间存在着明确的对应． Puzzles in studies of quantum chaos are discussed. From the view of global properties of quantum states, it is clarified that quantum chaos originates from the break-down of invariant properties of quantum canonical transformations. There edest precise correspondences between quantum and claedcal chads.     

周期驱动的Harper模型的量子计算鲁棒性与量子混沌

以周期驱动的量子Harper(quantum kicked Harper, QKH)模型为例，研究复杂量子动力系统的量子计算在各种干扰下的稳定性.通过对Floquet算子本征态的统计遍历性及其Husimi函数的分析，比较随机噪声干扰和静态干扰对量子计算不同程度的影响.进一步的保真度摄动分析表明，在随机噪声干扰下保真度随系统演化呈指数衰减，而静态干扰下的保真度为高斯衰减，并通过数值计算得到了干扰下的可信计算时间尺度.与经典混沌仿真中误差使状态产生指数分离不同，量子计算对状态干扰的稳定性和仿真模型的动力学特性无关. 关键词： 量子Harper模型 量子计算 量子混沌 保真度     

基于随机相位编码的确定性量子密钥分配

提出一种新的随机相位编码的确定性量子密钥分配(QKD)方案.在该方案中，通信双方不需要公布测量基，就可以共享秘密信息，提高了密钥生成效率.因为传输的量子比特是随机编码的，即便光源非严格为单光子，该方案仍旧是安全的.理论分析显示出，对于光子数分裂攻击，中间人攻击和特洛伊木马等攻击手段，本方案比之前的QKD方案具有更强的安全性.     

基于纠缠交换的仲裁量子签名方案

提出了一种基于量子纠缠交换的仲裁签名协议. 以Bell态为基础,首先将待签消息利用幺正算符序列进行编码,通过算符序列对Bell态进行调制,再通过对量子信息加密产生签名.验证者将签名信息与仲裁者通过纠缠交换所产生的关联态相结合,通过Bell测量来对签名的真实性进行验证.算法利用量子加密保障了真实签名的不可伪造性,同时通过仲裁的参与结合量子密钥有效解决了双方的抵赖问题,方案还能够有效实现对通信双方隐私信息的保护. 关键词： 量子密码 量子签名 纠缠交换     

量子卷积码的编译码方法

对于量子卷积码理论的研究旨在保护长距离通信中的量子信息序列. 定义了量子态的多项式表示形式,根据Calderbank-Shor-Steane(CSS)型量子码的构造方法,给出了CSS型量子卷积码的一种新的编译码方法,描述了编译码网络. 该方法将码字基态变换为信息多项式与生成多项式的乘积,然后用量子态上的多项式乘法操作实现编译码网络. 最后借鉴经典卷积码的译码思想,给出了具有线性复杂度的量子Viterbi算法. 关键词： 量子信息 量子卷积码 编译码 纠错算法     

七量子位Deutsch-Josza量子算法的核磁共振实验实现

近年来 ,量子计算机的研究有了很大的发展 ,在目前提出的各种量子计算的方案中 ,核磁共振技术对模拟和演示量子算法以及验证量子计算机的优越性做出了巨大的贡献 .Deutsch Jozsa算法是一种研究较为广泛的量子算法 ,它可以用核磁共振实验予以验证 ,并可根据Cirac等人提出的方案予以简化 .报道了在核磁共振量子计算机上实验实现七位Deutsch Jozsa算法的过程和结果. Recent years, remarkable progresses in experimental realization of quantum information have been made, especially based on nuclear magnetic resonance (NMR) theory. In all quantum algorithms, Deutsch-Jozsa algorithm has been widely studied. It can be realized on NMR quantum computer and also can be simplified by using the Cirac s scheme. In this paper, at first the principle of Deutsch-Jozsa quantum algorithm is analyzed, then we implement the seven-qubit Deutsch-Jozsa algorithm...     

量子噪音与量子Langevin方程

介绍了量子噪音和量子Langevin方程 ,并与经典噪音和经典Langevin方程进行了比较 .量子噪音来源于两种途径 ,第一种与经典噪音相似 ,第二种则起源于Heisengberg测不准原理 .同时 ,也简略给出了量子Langevin方程的推导.The properties of quantum noise and Langevin equation are discussed. Comparisons between the quantum noise and Langevin eqution and the classic one are presented. A brief derivation for quantum Langevin equation is showed. The quantum noise comes from two ways, namely, the way as same as that of classic noise and the Heisenberg uncertainty.     

量子密钥分发中Cascade协议的一种改进方案

密钥协商是量子密钥分发(QKD)中的重要组成部分.Cascade协议是实际中使用最广泛的量子密钥协商协议.本文基于[6]的工作提出一种对Cascade协议的改进方案.计算机仿真显示我们的方案比原始Cascade和一些其它改进方案有更高的效率.     

Brǖschweiler量子搜索算法的改进及其实验实现

量子计算与经典计算相比 ,能够极大地提高运算速度 ,解决一些经典计算不能解决或很难解决的问题 .对于在无序数据库中进行搜索这类问题 ,可以用量子算法 ,如Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ量子搜索算法来解决 .与经典算法相比 ,Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ量子算法能够指数次地提高搜索速度 .在Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ提出的算法中 ,数据量子位和观测量子位 (辅助量子位 )是分开的 ,属于不同的量子位 .通过研究 ,对Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ算法作了改进 ,使之不需要用辅助量子位 ,就可以达到指数次提高搜索速度的目的 .改进后的Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ量子算法有利于简化实验的设计和实现过程 .同时还利用核磁共振实验 ,演示了改进后的Br櫣ｓｃｈｗｅｉｌｅｒ量子算法的实现. In recent years, quantum computing research has made big progress, which exploit quantum mechanical laws, such as interference, superposition and parallelism, to perform computing tasks. The most inducing thing is that the quantum computing can provide large rise to the speedup in quantum algorithm. Quantum computing can solve some problems, which are impossible or difficult for the classical computing. The problem of searching for a specific item in an unsorted database can be...     

基于W态的跨中心量子网络身份认证方案

利用量子隐形传态原理和量子纠缠交换技术,提出了基于W态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证.该方案分为注册阶段和身份认证阶段,认证系统包括主服务器和客户端服务器.客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信.身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性.最后,对该方案进行了安全性分析.     

基于W态的跨中心量子网络身份认证方案

利用量子隐形传态原理和量子纠缠交换技术,提出了基于W态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证.该方案分为注册阶段和身份认证阶段,认证系统包括主服务器和客户端服务器.客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信.身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性.最后,对该方案进行了安全性分析.     

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.     

量子混沌系统中的自旋压缩性质

量子信息是21世纪的一门新兴交叉学科,现已经成为世界关注的热门研究领域.近年来,量子计算机的研究正成为大家十分感兴趣的课题.在寻找量子计算的实现方案过程中,量子混沌引起了研究人员的极大关注,因为在量子计算机执行一些量子运算法则的过程中可能产生量子混沌,并可能破坏量子计算机的运算操作条件.近期有关量子纠缠与量子混沌之间的关系已经有所报道,而自旋压缩作为另外一种典型的纯量子效应,是否也与量子混沌之间存在一定关系呢?讨论了量子混沌研究中一个非常典型的QKT模型,研究了量子混沌系统中自旋压缩的性质.通过数值模拟计算,给出了两种不同定义的自旋压缩系数与混沌系数κ之间的变化关系,结果发现在经典相空间中,如果在规则区域占优势的情况下,当初始自旋相干态波包位于椭圆形中心时,随着时间的演化,系统压缩行为表现得非常强;而对于经典相空间中混沌区域占优势的情况下,初始自旋相干态波包同样位于椭圆形中心,则系统的压缩行为表现得非常弱,说明自旋压缩对相应的经典混沌非常敏感.通过比较还发现,采用Wineland等定义的自旋压缩系数比采用Kitagawa和Ueda等定义的自旋压缩系数对经典混沌更敏感一些,从而得出用自旋压缩可以刻画量子混沌的结论.     

基于改进U-Net的量子点STM图像分割

为提升量子点图像分割精度,降低特征识别误差,提出一种基于改进U-Net的量子点图像分割方法.首先,在预处理阶段,设计了以色彩通道为权值的灰度化算法,以提升后续分割效果.其次,在STM图像分割部分,在原始U-Net结构上引入中间过渡层以均衡网络各层特征.而后,建立数据集,并通过实验对比不同分割算法的精确度、召回率、F-measure.最后,将分割算法应用于量子点的特征识别,并测试了不同分割方式对应用的影响.实验结果显示,改进灰度化方法保留细节信息丰富,明显提升了量子点分割精度;改进U-Net的平均精确率、召回率、F-measure相较原始网络分别提升了13.83%、2.16%、8.13%.同时,实验数据表明由于分割精度的提升,量子点数量、纵横比等特征参数的识别更加精确.     

实现D-J量子算法的物理方案

利用腔QED技术,我们在本文提出了两个物理方案用来实现最简单版本的Deutsch-Jozsa(D-J)量子算法.第一个方案是比较理想的方案,这个方案可以推广到多个量子比特输入的Deutsch-Jozsa量子算法.我们只需要通过实现控制-非门和一系列单个量子比特操作,就可以简单的实现该方案.我们在这个方案中详细地讨论了基于腔QED技术最简单版本的Deutsch-Jozsa量子算法的实现过程.另一个方案是不需要控制-非门的更简单的方案,但是这个方案仅仅适用于实现这种最简单版本的Deutsch-Jozsa量子算法,这个方案只需要实现单个量子比特操作即可.显然,该方案比第一个方案更简化.我们的这两个方案可能是实现量子计算机的一个重要环节.     

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型, 得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式. 综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响. 研究显示: 在非马尔可夫机制下, 且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时, 当两原子初态处于纠缠态时, 原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减, 更特别的是, 如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时, 利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间; 当两原子初态处于可分离态时, 从短时间来看, 原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下, 原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值. 最后, 讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响. 关键词： 量子纠缠 量子失谐 共同环境 偶极-偶极相互作用     

保守超混沌在数字图像加密中的应用

基于保守超混沌信号,提出一种数字图像加密算法.该算法利用一个5维保守超混沌系统产生5通道时间序列对原图像分别进行RGB三基色像素级和比特级置乱,再对置乱的RGB三基色作异或操作.在此基础上,利用其中一个通道的时间序列作为密钥分别进行一次正向异或操作的扩散和S盒处理,一次反向异或操作的扩散与S盒处理及置乱,得到加密的图像.最后利用直方图、信息熵、密钥空间等安全性指标对该加密算法进行测试,并与一个五维耗散超混沌系统应用于图像加密的实例进行对比.数值结果表明保守混沌应用到数字图像加密的算法具有更高的安全性和可靠性.     

离散分数阶随机变换与加权直方图交叉置乱的双图像加密算法

为了实现对两幅图像进行同步加密,降低传输负载并提高密文的抗明文攻击能力,提出了离散分数阶随机变换与加权像素混沌置乱的双图像加密算法。将2个分阶参数引入到Tent映射中,设计了新的Tent映射;根据明文像素值,构建加权像素直方图模型,联合位外部密钥,生成改进的Tent映射的初值;再利用初值对分数阶Tent映射进行迭代,输出2组随机序列,对2幅明文进行位置交叉混淆,获取2个置乱密文;基于DWT(discrete wavelet transform)技术,对2个置乱密文进行稀疏表示;根据混沌序列,定义随机循环矩阵,联合稀疏表示,获取2个置乱密文对应的测量矩阵。根据随机掩码与调制相位掩码,建立数据融合模型,将2个测量矩阵组合为复合矩阵;基于离散分数阶随机变换,对复合图像进行扩散,获取密文。测试数据显示:与已有的多图像加密方案相比,该算法的抗明文攻击能力与用户响应值更理想,密文的NPCR、UACI值分别达到了99.83%、34.57%。该算法具有较高的加密安全性,能够有效抵御网络中的外来攻击,确保图像安全传输。