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     

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     

量子信令的偏振态差分相位编码方案及仿真

为了研究量子通信信令系统,实现多用户之间进行通信,提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案,阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令,然后对光子进行相位调制,通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉,由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布,导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系,推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真,结果表明本文提出的编码方案可以达到75％编码效率,能够满足量子移动通信的需要.     

基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案

为了提高量子安全直接通信的效率,本文提出了一种基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案.该方案中Alice将所有Bell态粒子划分为两个序列S_A和S_B,先将S_B发给Bob进行第一次窃听检测,检测结果表示量子信道安全后再将信息序列编码在序列S_A和单光子序列S_S混合的量子态序列上;然后将已编码序列经过顺序重排和添加单光子检测粒子后发给合法接收方Bob.该方案避免了复杂的U变换,简化了方案的实现过程.同时顺序重排和检测粒子的结合保证了方案的安全性.另外3 bits经典信息加载在一个态上的编码规则大大提高了编码容量,从而使信息传输效率也得到提高.     

基于相干叠加态的非正交编码诱骗态量子密钥分发

非正交编码协议和诱骗态方法可以有效地抵御光子数分离攻击. 由于相干叠加态中单光子成分高达90%, 常作为单光子量子比特的替代出现, 用于量子信息过程处理和计算. 本文结合非正交编码协议和诱骗态方法提出一种新的量子密钥分发方案, 光源采用相干叠加态, 推导了单光子的密钥生成速率、计数率下限和误码率的上限, 利用Matlab 模拟了无限多诱骗态情况下和有限多诱骗态情况下密钥生成速率和传输距离的关系, 得出该方案可以提升密钥生成速率并且提高安全传输距离, 验证了该方案可以进一步提高量子密钥分发系统的性能.     

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.     

基于高维两粒子纠缠态的超密编码方案

基于通信双方预先共享d维二粒子最大纠缠态非定域相关性,信息发送方Bob只需要向信息接收者Alice传送一个粒子,就可以传送logd22比特经典信息,为保护信息的安全,方案采用诱骗光子技术,安全性等价于改进后的原始量子密钥分配方案（Bennett-Brassard 1984,BB84）.本文讨论了基于高维纯纠缠态超密编码方案.即通过引入一个附加量子比特,信息接收方对手中的纠缠粒子和附加粒子在执行相应的幺正演化,可以获取dαk2logd2+logd2（αk=minαj,j∈0,L,d－1）比特经典信息.通信双方采用诱骗光子技术确保量子信道的安全建立.与其他方案相比,该方案具有通信效率较高、实用性较强的优点.     

单光子源及在量子信息领域的应用

光量子比特是量子计算和量子通信的理想候选体系之一。高效率、高品质、确定性的单光子源是实现光学量子计算和绝对安全量子通信的重要前提条件。自组装半导体量子点,又称“人造原子”,具有优良的单光子性和光子全同性,是理想的单光子源。此外,量子点可以通过外加电场,囚禁单个原子或空穴,作为光子-自旋比特的界面,构建可扩展光量子网络。微柱腔耦合的量子点,拥有很强的Purcell效应,在保持单光子性和光子全同性的同时,大大地提高了提取效率,且具有很好的相干性,可用于大规模量子计算。近年来,人们在二维单原子层材料中发现了非经典的单光子发射,使二维材料和量子光学领域得到了结合,开辟了新的研究路线：探索单原子层材料在量子技术的潜在应用。和传统固态单光子源系统相比,二维材料更易于与其他光电平台结合,可人为控制缺陷位置,有利于推动高品质、低成本单光子源的发展,得到了科学家的广泛关注。本报告首先从量子计算和量子通信两方面提出发展单光子源的意义,接着介绍单光子源的性质和产生原理,然后介绍单光子源在自组装半导体量子点和二维单原子层材料中的实现和发展,最后从光子-自旋量子隐形传态和玻色采样实验中讨论单光子源在量子计算和量子网络方面的应用前景。     

Deterministic Quantum Secure Direct Communication with Dense Coding and Continuous Variable Operations

We propose a deterministic quantum secure direct two check photon sequences are used to check the securities of the communication protocol by using dense coding. The channels between the message sender and the receiver. The continuous variable operations instead of the usual discrete unitary operations are performed on the travel photons so that the security of the present protocol can be enhanced. Therefore some specific attacks such as denial-of-service attack, intercept-measure-resend attack and invisible photon attack can be prevented in ideal quantum channel. In addition, the scheme is still secure in noise channel. Furthurmore, this protocol has the advantage of high capacity and can be realized in the experiment.     

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。     

Three-step semiquantum secure direct communication protocol

Quantum secure direct communication is the direct communication of secret messages without need for establishing a shared secret key first. In the existing schemes, quantum secure direct communication is possible only when both parties are quantum. In this paper, we construct a three-step semiquantum secure direct communication (SQSDC) protocol based on single photon sources in which the sender Alice is classical. In a semiquantum protocol, a person is termed classical if he (she) can measure, prepare and send quantum states only with the fixed orthogonal quantum basis {|0〉, |1〉}. The security of the proposed SQSDC protocol is guaranteed by the complete robustness of semiquantum key distribution protocols and the unconditional security of classical one-time pad encryption. Therefore, the proposed SQSDC protocol is also completely robust. Complete robustness indicates that nonzero information acquired by an eavesdropper Eve on the secret message implies the nonzero probability that the legitimate participants can find errors on the bits tested by this protocol. In the proposed protocol, we suggest a method to check Eves disturbing in the doves returning phase such that Alice does not need to announce publicly any position or their coded bits value after the photons transmission is completed. Moreover, the proposed SQSDC protocol can be implemented with the existing techniques. Compared with many quantum secure direct communication protocols, the proposed SQSDC protocol has two merits: firstly the sender only needs classical capabilities; secondly to check Eves disturbing after the transmission of quantum states, no additional classical information is needed.     

Deterministic secure quantum communication using four-particle genuine entangled state and entanglement swapping

A deterministic secure quantum communication scheme using entanglement swapping is proposed. The sender prepares four-particle genuine entangled states and sends two particles in each state to the receiver and remains the rest particles. If the quantum channel is secure, they begin to communicate. After their four-particle projective measurements, the receiver can obtain the secret information according to his measurement outcomes and classical information from the sender. Using entanglement swapping, there are no particles carrying secret information to be transmitted.     

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.     

Controller-Independent Bidirectional Direct Communication with Four-Qubit Cluster States

We propose a feasible scheme for implementing bidirectional quantum direct communication protocol using four-qubit cluster states. In this scheme, the quantum channel between the sender Alice and the receiver Bob consists of an ordered sequence of cluster states which are prepared by Alice. After ensuring the security of quantum channel, according to the secret messages, the sender will perform the unitary operation and the receiver can obtain different secret messages in a deterministic way.     

Quantum Secure Direct Communication Using W State

A theoretical scheme of quantum secure direct communication using teleportation is proposed. In the scheme, the sender needs to prepare a class of three-particle W states to use as quantum channel. The two communicators may communicate after they test the security of the quantum channel. The security of the protocol is ensured by quantum entanglement and quantum no-cloning theorem. The receiver can obtain the secret message determinately if the quantum channel is secure.     

Deterministic secure quantum communication over a collective-noise channel

We present two deterministic secure quantum communication schemes over a collective-noise. One is used to complete the secure quantum communication against a collective-rotation noise and the other is used against a collective-dephasing noise. The two parties of quantum communication can exploit the correlation of their subsystems to check eavesdropping efficiently. Although the sender should prepare a sequence of three-photon entangled states for accomplishing secure communication against a collective noise, the two parties need only single-photon measurements, rather than Bell-state measurements, which will make our schemes convenient in practical application.