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基于brown态的若干量子通信方法研究

基于Brown态的若干量子通信方法研究

作者：杨甬苏州大学

学位级别：硕士

量子信息学是量子力学和信息学等交叉形成的一门新兴学科,量子计算和量子通信是量子信息学的两大重要分支,纠缠态是其中重要的通信资源,在量子通信中有深远影响和广泛应用。2005年科学家发现一种新型五粒子最大纠缠态brown态,由于brown... 详细信息

量子信息学是量子力学和信息学等交叉形成的一门新兴学科,量子计算和量子通信是量子信息学的两大重要分支,纠缠态是其中重要的通信资源,在量子通信中有深远影响和广泛应用。2005年科学家发现一种新型五粒子最大纠缠态brown态,由于brown态具备较好的稳定性,近年来已经出现了将brown态应用于量子通信的研究。本文主要基于brown态提出了若干新型量子通信方法。(1)利用brown态作为信道实现量子态远程制备,提出了基于五比特brown态受控远程制备两比特态方案,扩展到多个发送方,实现了基于五比特brown态受控多方联合远程制备三比特态方案,结合发送方和接收方的双向通信,完成了基于五比特brown态多方控制双向远程制备单比特态方案,提高了信道利用率,由于存在多个控制方,可以有效提升协议的安全性。(2)根据网络编码提升通信网络吞吐量和改进传输效率的优点,将网络编码与量子态远程制备方法结合,提出了基于五比特brown态和网络编码受控远程制备两比特态,结合发送方和接收方的双向通信,实现了基于五比特brown态和网络编码受控双向远程制备单比特态方案,保证了态制备的高效性和安全性。(3)基于以七比特团簇态作为信道传输未知五比特态隐形传态方案,提出了相应的改进方案。与改进前的方案相比,本方案消耗更少的经典资源,具有更高的传输效率,降低了操作复杂性。

关键词： brown态量子态远程制备隐形传态

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噪声环境下经由brown态的受控远程制备

噪声环境下经由Brown态的受控远程制备

作者：董婷河南大学

学位级别：硕士

量子远程制备作为一种重要的量子通信方式,可以将携带信息的量子态安全地从一个地方传到另一个地方,且其无论是在理论上还是实验上都得到了广泛的关注.然而,在开放的量子通信体系中,量子态的传输总是不可避免地受到外界噪声的干扰,使得... 详细信息

量子远程制备作为一种重要的量子通信方式,可以将携带信息的量子态安全地从一个地方传到另一个地方,且其无论是在理论上还是实验上都得到了广泛的关注.然而,在开放的量子通信体系中,量子态的传输总是不可避免地受到外界噪声的干扰,使得通信不能被完美地实现.因此,研究噪声环境下的量子远程制备协议具有重要的意义.本文首先在两种假设(假设一:分配给同一个参与方的纠缠粒子所受的噪声作用相同;假设二:被分配的纠缠粒子所受的噪声作用各不相同)下利用算子和表示研究了五种噪声(振幅阻尼,相位阻尼,比特翻转,相位翻转和比特相位翻转噪声)对由Gao等人提出的经由brown态的任意两粒子的受控远程制备协议的影响.其次,通过解Lindblad形式的主方程研究了三种Pauli噪声(比特翻转,相位翻转和各向同性噪声)对该协议的影响.得到的主要结论如下:1、利用算子和表示描述了两种假设下受五种噪声影响的量子信道,并利用保真度刻画输出态与制备态的接近程度.计算结果表明,两种假设下的保真度都依赖于噪声类型,制备态的系数和噪声参数.为了更加清晰地反映噪声对协议的影响,我们选取了一个特殊的制备态来讨论保真度和噪声参数之间的关系.可以发现两种假设下比特翻转噪声对协议都没有影响.然而,对于其他四种噪声,虽然两种假设下的保真度变化趋势相同,但是假设二下保真度的值较小.这说明了被分配的纠缠粒子所受的噪声作用各不相同时,噪声对协议的影响较大.2、通过计算得到了三种Pauli噪声环境下描述brown态随时间演化的密度矩阵及输出态的保真度.结果表明保真度都依赖于噪声类型,制备态的系数和量子比特与环境的耦合强度.当制备态的系数选取一定的值时,可以发现在比特翻转噪声环境下,此通信协议没有受到噪声的干扰.然而,在相位翻转和各向同性噪声环境下,短时间内相位翻转噪声对协议的影响较大,但是随着时间的增加,两种噪声对协议的影响趋于相同。

关键词：量子噪声算子和表示主方程受控远程制备 brown态

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半量子密钥分配协议设计与安全性分析

半量子密钥分配协议设计与安全性分析

作者：谢启明南昌大学

学位级别：硕士

量子密钥分配协议是量子密码学中应用最为广泛成熟的协议,利用非正交量子态的不可区分性和未知量子态的不可克隆性,确保协议安全可靠,在理论上具备了无条件安全性,在金融、政府通信和军事通信等信息安全领域具有巨大的应用潜力。一般的... 详细信息

量子密钥分配协议是量子密码学中应用最为广泛成熟的协议,利用非正交量子态的不可区分性和未知量子态的不可克隆性,确保协议安全可靠,在理论上具备了无条件安全性,在金融、政府通信和军事通信等信息安全领域具有巨大的应用潜力。一般的量子密钥分配协议要求参与方需要具备完全的量子能力,然而,在实际应用场景中存在一定的困难。为了解决上述困难,密码学者们提出了半量子密钥分配协议,该类协议允许部分参与方不必具备完全的量子能力,在现实应用场景中更容易实现。因此,研究半量子密钥分配协议,对推动量子密码技术的实用化进程具有重要的意义。紧跟半量子密钥分配协议最新研究动态,本文提出了一个基于五粒子纠缠brown态的认证半量子密钥分配协议和一个基于单粒子的中介半量子密钥分配协议,具体研究工作如下:设计了一个基于五粒子纠缠brown态的认证半量子密钥分配协议,该协议有效解决了已有认证半量子密钥分配协议存在的量子比特效率较低、通信双方预共享密钥较长的问题。这是五粒子纠缠brown态在认证半量子密钥分配协议的首次应用。安全性分析表明,本协议可以抵抗模拟攻击、截获重发攻击、测量重发攻击、中间人攻击和纠缠测量攻击等。此外,在IBM Quantum Experience平台上对该协议进行了仿真,进一步验证了所提出的协议在现有量子技术条件下的可行性。提出了一个基于单粒子的新型中介半量子密钥分配协议,该协议有效解决了已有中介半量子密钥分配协议中量子资源消耗较高的问题。协议中包括一个拥有完全量子能力的中介方TP和两个拥有半量子能力的参与者Alice和Bob。在TP的帮助下,Alice和Bob只需执行制备、发送和重新排序量子比特等简单操作,就可以实现量子密钥的共享。安全性分析表明,本协议可以抵抗测量攻击、伪态攻击和篡改攻击和纠缠测量攻击等。

关键词：量子通信量子密码半量子密钥分配 brown态量子比特效率

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基于身份认证的量子对话协议研究

基于身份认证的量子对话协议研究

作者：冯舟靓四川师范大学

学位级别：硕士

量子对话使通信双方可以同时且直接地交换彼此的信息.通过引入半量子概念,量子对话中的部分用户端无需配备昂贵的量子设备,进而大大增强了量子对话在量子通信中的实用性.目前,大部分量子对话协议均是在假设用户合法的情形下提出,而现实... 详细信息

量子对话使通信双方可以同时且直接地交换彼此的信息.通过引入半量子概念,量子对话中的部分用户端无需配备昂贵的量子设备,进而大大增强了量子对话在量子通信中的实用性.目前,大部分量子对话协议均是在假设用户合法的情形下提出,而现实并非完全如此.因此,在协议中认证用户身份的合法性非常必要.本文通过加入身份认证,研究了量子对话协议和半量子对话协议的相关问题,主要内容如下:1.基于身份认证的量子对话协议.首先,给出制备四粒子纠缠态的量子线路图,并对该纠缠态的非局域关联特性进行研究.其次,通过引入身份认证,构建量子对话协议.在协议中,身份认证与信道安全检测的结合一定程度上降低了量子资源的消耗.同时,随机数和单向哈希函数的加入增强了协议安全性.最后,通过对比,所构造的协议在效率上有了明显地提高.2.基于brown态的四方认证半量子对话协议.首先,通过引入半量子概念和身份认证技术,以brown态为信道构建半量子对话协议.然后,利用广义的brown态将其推广到（＞4）方.通过安全性和效率分析,证实了本协议不存在信息泄露,能有效抵抗多种外部攻击,且具有较高的量子通信效率.

关键词：量子对话半量子对话身份认证四粒子纠缠态 brown态

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噪声环境下任意两粒子和三粒子态的远程制备

噪声环境下任意两粒子和三粒子态的远程制备

作者：张佩河南大学

学位级别：硕士

量子通信是量子信息的核心内容之一,它为信息的安全传输提供了新的方法.作为一种重要的量子通信方式,量子远程制备无论是在理论上还是在实验上都取得了丰硕的成果.由于实际的量子系统不可能独立于外部环境而存在,这必然导致量子系统遭... 详细信息

量子通信是量子信息的核心内容之一,它为信息的安全传输提供了新的方法.作为一种重要的量子通信方式,量子远程制备无论是在理论上还是在实验上都取得了丰硕的成果.由于实际的量子系统不可能独立于外部环境而存在,这必然导致量子系统遭受到周围环境噪声的影响,使得量子纠缠衰减,信息的传输出现误差.因此研究在噪声环境下的远程制备协议具有重要意义.本文研究了理想状态下利用χ态和brown态作为纠缠信道的任意两粒子和三粒子态的确定性远程制备协议,并分析了七种噪声(振幅阻尼噪声,相位阻尼噪声,四种Pauli噪声和联合退相位噪声)对其产生的影响.论文取得的主要结果如下:1、提出了经由四粒子χ态的任意两粒子和三粒子态的确定性远程制备协议.与之前的远程制备协议相比,本文协议用到的局部酉操作仅仅是单粒子Pauli操作,没有使用复杂的多粒子酉操作.尤其是成功概率提高到了 100%,并且对制备态的复系数没有限制.这意味着本文协议的适用范围更广.此外,分析了七种噪声对方案的影响.在每种噪声下,不仅计算了输出态和保真度,还计算了平均保真度和态独立的平均保真度.结果表明保真度与振幅参数,相位参数和噪声参数都有关.除振幅阻尼和联合退相位噪声外,保真度均与测量结果无关.在Pauli噪声下信息的失真最大,相位阻尼噪声下失真最小.2、研究了上述七种噪声对经由brown态的确定性远程制备协议的影响.类似于噪声对经由χ态远程制备方案影响的分析,取得了类似的结果.此外,通过对比七种噪声下经由X态和brown态作为量子信道的协议,可以发现当制备态为三粒子最大纠缠态时,同种噪声下的保真度相同.当制备态为任意的两粒子态时,同种噪声下的态独立的平均保真度相同,也就是说噪声所引起的信息失真程度相同.这意味着噪声的影响不但与所使用的信道无关,而且与测量所使用的粒子的分配方式无关.这些结论或许有助于提高噪声环境下量子通信的效率和安全性.

关键词：确定性远程制备 χ态 brown态量子噪声保真度

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基于多粒子纠缠态的可控量子隐形传态

基于多粒子纠缠态的可控量子隐形传态

作者：陈解放中南大学

学位级别：硕士

量子通信是量子信息学的一个重要分支,主要包括量子隐形传态、量子超密编码、量子密钥分配等,其中,可控量子隐形传态是量子通信中最引人注目的方向之一,它是量子非局域性最切实的证明。量子纠缠态是量子通信和量子计算中的重要资源,具... 详细信息

量子通信是量子信息学的一个重要分支,主要包括量子隐形传态、量子超密编码、量子密钥分配等,其中,可控量子隐形传态是量子通信中最引人注目的方向之一,它是量子非局域性最切实的证明。量子纠缠态是量子通信和量子计算中的重要资源,具有不可替代的作用。目前对于一般的二粒子纠缠态,人们已经进行了广泛的研究,但是对于多粒子纠缠态的研究人们还处于探索的阶段。为了解决量子网络中的通信安全和编码效率以及量子网络的实际应用问题,本文从量子纠缠的特性出发,基于簇态利用可控量子隐形传态技术和超纠缠技术相结合的方法,提出了几种新方案。具体如下：首先,提出一种简单的基于四粒子部分纠缠簇态的可控量子隐形传态方案。相比Karlsson等人提出的方案,该方案由于引入了簇态,使得其在实际的量子信息处理中可能更具优势。随后本文又对上述方案进行了改进,提出了两种基于超纠缠brown态的双向可控量子隐形传态方案,通过引入超纠缠技术,虽然传输的也是单粒子,但是包含了极化自由度和空间自由度,因此携带的信息量增多,提高了编码效率。其中全双工方案能以一定的概率实现量子网络中的参与者同时接收和发送量子态。最后,对基于超纠缠brown态的双向可控量子隐形传态方案进行了安全性分析,证明方案能很好地抵御常见的攻击策略。本论文中提出的基于超纠缠brown态的双向可控量子隐形传态方案能在一定程度上提高量子系统的信道容量和远距离量子通信能力,对量子通信网络的实际应用有一定的使用价值。

关键词：多粒子纠缠态可控量子隐形传态超纠缠态 GHZ态 brown态

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量子网络中多方参与的信息安全机制

量子网络中多方参与的信息安全机制

作者：蔡涛苏州大学

学位级别：硕士

近年来,量子信息科学快速发展,其涉及到了量子远程制备,量子隐形传态,量子密集编码,量子秘密共享和量子安全直接通信等领域。但是,由于量子通信系统中的器件或是通信协议的不完美性,亦或是路径故障等,从而造成不同程度上的安全隐患,因... 详细信息

近年来,量子信息科学快速发展,其涉及到了量子远程制备,量子隐形传态,量子密集编码,量子秘密共享和量子安全直接通信等领域。但是,由于量子通信系统中的器件或是通信协议的不完美性,亦或是路径故障等,从而造成不同程度上的安全隐患,因此研究量子信息安全机制是量子通信的一个重要内容。对此,本文选取安全机制中的量子密钥协商,量子通信网络中冗余路径的设计和联合远程制备量子态展开了研究。首先本文提出了利用五比特brown态实现多方安全量子密钥协议。通过对brown态的研究,发现brown态的拥有极好的纠缠特性。将brown态结合量子密钥协议,将协议划分成简单的六步,在保证高效密钥的同时,保证协议的安全性。接着本文给出了一种量子通信网络中的冗余路径的设置和工作方法。在该方法中,相邻两个链路之间的通信信道默认使用Bell态。信号需要在工作路径和保护路径中完成同时传送,以此实现跟随信号保护主要信号的模式。并在传送过程中随时根据路径的工作情况,完成主要信号的路径切换,从而在整体上提高量子通信网络的稳定性和可靠性。由于该研究领域较为新颖,从而在一定程度上填补了量子冗余路径设计的空缺。最后本文给出了如何实现任意多维赤道量子态的联合远程制备。通过事先建立两条GHZ态直积所组成的信道,在两个发送方的帮助下,可以100%实现目标态的制备,并成功将二粒子的联合制备方案推广到多粒子的制备方案中。

关键词：量子通信网络信息安全量子密钥协议量子冗余路径量子态联合远程制备 brown态