基于广义等距张量的压缩多光子纠缠态量子密钥分发

作     者：赖红 Lai Hong

作者机构：西南大学计算机与信息科学学院重庆400715 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2023年第72卷第17期

页      面：149-157页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 07[理学] 08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 070201[理学-理论物理] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:61702427) 重庆市面上自然科学基金(批准号:CSTB2022NSCQ-MSX0749) 西南大学2022年校级教改项目(批准号:2022JY086)资助的课题. 

主　　题：纠缠压缩 广义等距张量 张量网络态 解压缩 

摘      要：等距张量(即张量ω满足ω† ω=I)为实现张量网络态(tensor network states,TNSs)中确定纠缠态的压缩提供了一种新颖而强大的数学构造算法.结合等距张量,本文发现在量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)中可能采取完全不同的密钥生成方法,即在不改变纠缠态结构和性质的情况下,将任意多光子纠缠态压缩成单光子态或者Bell态.在提出的QKD协议中,输入态由任意纠缠态组成,这些输入态首先被发送方Alice压缩成单光子态|0或|1或Bell态,使得提出的协议同时达到了多模存储和确定性传输的要求,且减少了需要传输和存储的量子比特数量,从而提高了QKD协议的编码能力.然后再添加诱骗态在这些单光子态|0和|1中,再通过量子信道一起发送给接收方Bob,以制备密钥.最后,Alice和Bob利用筛选出来的压缩态|0和|1以及他们对应的等距张量的共轭转置来协商出共享密钥.本文提出的协议比一般协议中的单光子能编码更多的经典比特,显著提高了编码效率,减少了量子资源的使用.本文提出的QKD协议还保持了生成密钥的完美安全性.