量子安全通信相干问题研究

【摘要】量子信息科学,主要是由物理科学与信息科学等多个学科交叉融合在一起所形成的一门新兴的科学技术学科。它以量子光学、量子电动力学、量子信息论、量子电子学等学科作为直接的理论基础,并且涉及计算与通信领域、激光与光电子领域、空间领域(如人造通信卫星)、原子物理领域、以及固体物理领域和半导体物理领域,在载体方面以光子和电子为信息、能量的依托,并以此探索量子信息(特指光方面的量子信息和量子电子学方面的量子信息)的形成、派送、传输、接收、提取、识别、处理、控制及其在各相关科学技术领域中的最佳应用等。随着科技的飞速发展,信息的高效、安全、准确传输已被人们所广泛关注。无论是在国防领域还是经济领域用户总是希望他们的信息能够安全快速无误的传递给接收方,量子信息学科就是在这种背景下成长壮大起来的。近二十多年来量子信息科学无论在理论上还是在实验上都取得了突破性的进展,主要表现在绝对安全的量子秘钥分发、量子密集编码、量子隐形传态等纷纷被研究者成功构建。在这众多的进展中成就最大的当属最近提出的量子安全直接通信。量子通信技术的发展伴随着相关理论研究的深入和硬件技术的发展取得了前所未有的成绩,在通讯过程中,如何使信息在通信双方之间安全、准确、高效地传输成为通讯技术的核心技术之一。量子通信是经典信息理论和量子力学相结合后出现的一种新型的通讯方式。借助于量子的物理特性,量子通信有望突破现在信息系统的瓶颈。发展至今,量子通信主要包含量子隐形传态,量子超密编码,量子秘密共享,量子密钥分发等几个重要部分。量子安全直接通信是量子通信的一个重要分支,它的基本原理是通过双方共享处于纠缠态的量子来建立量子信道,然后发送方用不同的幺正操作来定义他要发送的信息,根据其发送的不同信息对手中粒子进行相应的幺正变换。基于纠缠性质,任意一种幺正操作必然引起接收者手中粒子发生相应的变化。最终,接收者使用相应的测量基测量,从而确认出发送方所作的幺正操作类型,即获取发送方发送的秘密信息,这就是所谓的量子安全直接通信。本文中,我们基于六粒子Cluster态为通信信道,并且以GHZ态为信道安全的检验粒子；最终以最大纠缠态来测量,通过比较测量结果与对照协议得出所要传输的秘密信息。在我的量子安全报告中,合法的汇报方Bob和Charlie通过做幺正变换来发送他们的秘密汇报消息给他们老板(Alice),以及对六粒子Cluster态和Bell态做纠缠变换来实现。与之前的一些通信协议相比较我们的协议在安全性方面理论上可达到100%,在传输时的信道容量上每6bit的量子信息可传输4bit的经典信息。在信息容量上得到了大大的提升。
【作者】李宁；
【导师】查新未；
【作者基本信息】西安邮电大学，信号与信息处理，2013，硕士
【关键词】量子安全通信；Bell态测量；正交完备基；六粒子Cluster态；GHZ态；

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