適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍量子隱寫協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一個(gè)適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍量子隱寫協(xié)議。邏輯Bell態(tài)被用于克服集體退相位噪聲。構(gòu)建在正常量子通信的用于分發(fā)秘密消息的量子隱秘信道是通過(guò)對(duì)兩個(gè)邏輯Bell態(tài)交換糾纏來(lái)建立。Bell態(tài)測(cè)量而非四量子比特聯(lián)合測(cè)量被用于解碼。本發(fā)明協(xié)議的信道容量高達(dá)4比特每輪隱秘通信，而且其不可見性和安全性都能得到保證。
【專利說(shuō)明】適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍量子隱寫協(xié)議

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及量子安全通信領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò) 誤容忍量子隱寫協(xié)議，解決量子隱寫協(xié)議實(shí)際應(yīng)用面臨的噪聲干擾問(wèn)題。

【背景技術(shù)】
[0002] 量子安全通信利用量子力學(xué)性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)秘密消息傳送的無(wú)條件安全，已經(jīng)成 為量子信息處理最重要的分支之一。它可被劃分為幾個(gè)著名的范疇：量子密鑰分配 (Quantum key distribution，QKD) [1-3]，量子安全直接通信（Quantum secure direct communication，QSDC) [4-7]，量子秘密共享（Quantum secret sharing，QSS) [8-9]等。近 年，一種新穎的稱為量子隱寫（Quantum steganography，QS) [10-17]的量子安全通信已經(jīng) 被提出來(lái)。眾所周知，隱寫是將秘密消息隱藏進(jìn)看似無(wú)辜的原始媒介并在向外分發(fā)隱秘媒 介時(shí)不暴露秘密消息存在性的一門藝術(shù)。QS的目標(biāo)是在正常量子通信的掩護(hù)下實(shí)現(xiàn)量子數(shù) 據(jù)或經(jīng)典數(shù)據(jù)的隱寫并不引起竊聽者的懷疑，可被視為經(jīng)典隱寫在量子安全通信領(lǐng)域的量 子版本。QS可能需要一個(gè)量子隱秘信道來(lái)將秘密消息的存在性隱藏進(jìn)正常量子通信。眾所 周知，量子糾纏交換技術(shù)是量子信息處理領(lǐng)域至關(guān)重要的技術(shù)之一，并已被廣泛用于設(shè)計(jì) 量子通信協(xié)議。在2010年，Qu等[14]首次提出利用量子糾纏交換技術(shù)在正常量子通信建 立一個(gè)隱秘信道來(lái)分發(fā)秘密消息的思想。從首次將量子糾纏交換技術(shù)引入到QS領(lǐng)域來(lái)說(shuō)， Qu等的協(xié)議[14]非常重要。接著，幾個(gè)基于量子糾纏交換的QS協(xié)議[15-17]根據(jù)不同量 子糾纏態(tài)被設(shè)計(jì)出來(lái)。
[0003] 盡管已經(jīng)有幾個(gè)不錯(cuò)的QS協(xié)議[10-17]被提出來(lái)，但它們都是基于理想信道。然 而，在光纖里的實(shí)際傳輸中，光子不可避免地面臨由熱波動(dòng)、振動(dòng)以及光纖的缺陷引起的 噪聲干擾。因此，從實(shí)際執(zhí)行可行性考慮，有必要想出能消除噪聲負(fù)面影響的方法。一些 不錯(cuò)的方法已經(jīng)被提出，如糾纏純化[18]、量子糾錯(cuò)碼（Quantum error correct code, QECC) [19]、單光子錯(cuò)誤拒絕（Single-photon error rejection, SPER) [20]和無(wú)消相干 (Decoherence-free，DF)態(tài)[21-32]。既然光子在一個(gè)比噪聲變化更快的時(shí)間窗里傳輸 [25-26, 30-31]，這些光子可視為受到同樣程度的影響。也就是說(shuō)，噪聲可被認(rèn)為是集體噪 聲類型。因?yàn)镈F態(tài)具有抗集體噪聲不變性，它們能夠勝任用于抵抗集體噪聲。
[0004] 基于以上分析，本發(fā)明提出一個(gè)適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍QS協(xié)議。 邏輯Bell態(tài)（即四量子比特DF態(tài)）被用于克服集體退相位噪聲。構(gòu)建在正常量子通信的 用于分發(fā)秘密消息的量子隱秘信道是通過(guò)對(duì)兩個(gè)邏輯Bell態(tài)交換糾纏來(lái)建立。Bell態(tài)測(cè) 量而非四量子比特聯(lián)合測(cè)量被用于解碼。本發(fā)明協(xié)議的信道容量高達(dá)4比特每輪隱秘通 信，而且其不可見性和安全性都能得到保證。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0044] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍QS協(xié)議，解決 QS協(xié)議實(shí)際應(yīng)用面臨的噪聲干擾問(wèn)題。
[0045] 一種適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍QS協(xié)議，共包括以下四個(gè)過(guò)程：
[0046] S1)制備模式。① Bob制備一個(gè)由η個(gè)邏輯Bell態(tài)組成的量子態(tài)序列，其中每個(gè) 邏輯Bell態(tài)都戈

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于集體退相位噪聲信道的錯(cuò)誤容忍量子隱寫協(xié)議，利用邏輯Bell態(tài)克服 集體退相位噪聲；通過(guò)對(duì)兩個(gè)邏輯Bell態(tài)交換糾纏來(lái)建立構(gòu)建在正常量子通信的用于分 發(fā)秘密消息的量子隱秘信道；利用Bell態(tài)測(cè)量而非四量子比特聯(lián)合測(cè)量進(jìn)行解碼；具有高 達(dá)4比特每輪隱秘通信的信道容量和良好的不可見性與安全性；共包括以下四個(gè)過(guò)程： 51) 制備模式：① Bob制備一個(gè)由η個(gè)邏輯Bell態(tài)組成的量子態(tài)序列，其中每個(gè)邏輯 Bell態(tài)都為
，這里下標(biāo)A和B表示兩個(gè)邏輯量子比特；②Bob按順序從每個(gè)邏輯 Bell態(tài)挑選出第一個(gè)邏輯量子比特來(lái)構(gòu)成序列SA ;剩余的邏輯量子比特構(gòu)成序列SB ;即有 SA= [Ai，A2，…，AnHPSB= [Bi，B2，…，Bn];③為了安全檢測(cè)，Bob制備足夠多的隨機(jī)處于 四個(gè)態(tài){|〇 dp>，|ldp>，卜dp>，l_dp>}之一的誘騙邏輯量子比特，并將它們隨機(jī)插入S A;④Bob 利用塊傳輸技術(shù)將SA發(fā)送給Alice，并自己保留SB ;在Alice宣布收到SA后，他們進(jìn)入控制 模式； 52) 控制模式：① Bob告訴Alice誘騙邏輯量子比特的位置和制備基；②Alice使用 Bob告訴的基測(cè)量誘騙邏輯量子比特，并向Bob公布她的測(cè)量結(jié)果；③Bob通過(guò)比較Alice 的測(cè)量結(jié)果和誘騙邏輯量子比特的初態(tài)判斷是否存在一個(gè)竊聽者；如果存在一個(gè)竊聽者， 他們中斷通信，否則，他們進(jìn)入信息和秘密消息隱藏模式； 53) 信息和秘密消息隱藏模式：①根據(jù)她的秘密消息，Alice產(chǎn)生一條信息比特序列； 這條信息比特序列被用于幫助隱藏Alice的秘密消息，并以每四比特分為一組；然后，根據(jù) 信息比特序列，Alice對(duì)34施加邏輯酉操作{Ωρ Ωζ，Ωχ，Qy};在被施加邏輯酉操作后，SA 被轉(zhuǎn)化為S' A;為了描述一致起見，盡管SB保持不變，S' B仍被用于表示原始的SB;②根 據(jù)一個(gè)兩比特秘密消息，Alice從S' 4選擇兩個(gè)邏輯量子比特A' m+1，其中下標(biāo)m 代表S' 4中邏輯量子比特A' 位置；Alice事先選擇一個(gè)合適的m并通過(guò)執(zhí)行量子安 全直接通信或經(jīng)典信道的一次一密將它發(fā)送給Bob ;m的值應(yīng)滿足一定的一致性，即兩個(gè)邏 輯Bell態(tài)Α' μΒ' μ和A' mB' _"應(yīng)與兩比特秘密消息相對(duì)應(yīng)；通過(guò)事先對(duì)A' m+1施加 相同的邏輯酉操作Ω^Α' ^所攜帶的信息將被A' m+1B' m+1復(fù)制，即A' m+1B' m+1 不正常傳送信息而是作為一個(gè)輔助邏輯Bell態(tài)來(lái)幫助隱藏兩比特秘密消息；③Alice以塊 傳輸?shù)姆绞綄' a傳回給Bob; 54) 信息和秘密消息解碼模式：①在得到S' 4和!11的值后，為了解碼出它攜帶的信息， Bob通過(guò)對(duì)第1和第3個(gè)量子比特、第2和第4個(gè)量子比特施加兩個(gè)Bell態(tài)測(cè)量來(lái)探測(cè) Α' πΒ' μ的狀態(tài)；②Bob通過(guò)對(duì)第1和第3個(gè)量子比特、第2和第4個(gè)量子比特施加兩 個(gè)Bell態(tài)測(cè)量來(lái)探測(cè)A' mA' m+1和B' mB' m+1每個(gè)的狀態(tài)，然后解碼出Alice隱藏的兩 比特秘密消息；③Bob根據(jù)兩比特秘密消息和Α' μΒ' μ的狀態(tài)提取出A' mB' m攜帶的 信息。
【文檔編號(hào)】H04L9/00GK104125054SQ201410386927
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】葉天語(yǔ) 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)