量子私有委托计算协议的研究与应用

发布时间：2020-09-21 12:38

　　量子私有委托计算(Delegating private quantum computation,简称 DQC)是一种类似“云”模式的,基于线路的通用盲量子计算模型。它使得量子能力有限的客户端可通过借助不可信的量子服务器实现任意的量子计算,同时客户端信息的私密性也能得到保证。近些年来,DQC模型作为盲量子计算的一个重要研究方向,吸引了大量学者的关注与研究,一些基于不同离散通用量子门集合的量子DQC协议也被相继提出,本文主要探讨和研究两个基于不同通用量子门集合的DQC协议,对DQC协议进行研究与改进,在此基础之上,探讨DQC在代表性的量子密码通信协议上的应用。本论文主要进行以下两个方面的工作:(1)针对HDQC协议中Toffoli门的加密解密线路中存在的线路复杂以及信息泄露的问题,提出了改进方案。针对在HDQC与DQC协议中,都只侧重数据(也就是客户端的输入输出)的安全,没有考虑计算(也就是被客户端委托的酉操作)本身的安全的问题。提出了一个新的,基于两个不同的离散通用量子门集合{H,P,CNOT,T,}与{H,P,R,CNOT}的全盲量子委托计算协议(Full-blind delegating quantum computation,简称FDQC)。本文提出的FDQC协议解决了 HDQC中存在的信息泄露等问题,同时兼顾了客户端计算数据与算法的安全。(2)在基于DQC模型的研究基础上,提出了两个代表性的量子密码通信协议:量子秘钥协商协议与量子私有比较协议。在提出的量子秘钥协商协议中,将客户端所需的量子操作(酉操作、Bell测量)委托给服务器,而自身只需制备单光子{| 0,|1,| +,|-}的以及对单光子进行排序的能力。在提出的量子私有比较协议中,两个乃至多个参与方在量子服务器的帮助下,能够安全地实现私密信息的比较。在未来数十年,由于量子设备昂贵,技术条件苛刻,量子计算机很难普及,量子能力一般的客户端很难享受量子密码通信服务,因此借助DQC模型,为量子能力一般的客户端提供量子密码通信协议具有重要意义。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O413.1;TP393.04
【部分图文】：

控制非门

＿１逦０邋１逦，Ｗ８「ｅ－，＞／８逦０邋＿逡逑＾ｎ0Ｈ＝ｅｌ0特门逡逑比特量子门Ｃ７可以用４ｘ４的酉矩阵表示，双量子比特门是作用般常用的双量子比特门被称为控制ｔ／门，作用在第一位的量用在第二位的量子态称为受控量子比特。而最常用的双量子比门门的矩阵表示形式如下：逡逑＇１邋０邋０邋０＇逡逑０逦０逦０邋０逡逑ＣＮＯＴ＝邋ｎ逦ｎ逦…０逦０逦０邋１０逦０逦１０逡逑两个输入量子比特，一个是控制量子比特，另一个是信息所示，逡逑逦逦

线路图,线路图,量子门

图２．２邋Ｔｃ＃ｏ／／门线路图逡逑为控制位，只有｜０为受控位。只有当前｜ａ＞，丨６＞都为｜１逻辑门逡逑中，为了完成一个经典函数，需要用到一个通用的逻辑门完成某一量子运算，一组通用的量子逻辑门集合是必须的，子态进行特定的量子比特门和受控非门也是通用的变换，（酉算子）。当一组量子门能够以任意精度近似任意酉运集合是通用的量子门集合。逡逑是通用的逡逑用在ｄ维Ｈｉｂｅｒｔ空间的酉矩阵是一个任意的量子计算，如

线路图,线路,酉矩阵,量子门

逡逑图２．２邋Ｔｃ＃ｏ／／门线路图逡逑量子比特卜＞，为控制位，只有｜０为受控位。只有当前｜ａ＞，丨６＞都为｜１＞时，信息比逡逑特才会翻转。逡逑２．３．２通用量子逻辑门逡逑在经典计算中，为了完成一个经典函数，需要用到一个通用的逻辑门集合；而在量逡逑子计算中，为了完成某一量子运算，一组通用的量子逻辑门集合是必须的，而量子逻辑逡逑门可以用来对量子态进行特定的量子比特门和受控非门也是通用的变换，从而实现某些逡逑特定的逻辑变换（酉算子）。当一组量子门能够以任意精度近似任意酉运算，那么我们逡逑可以称该量子门集合是通用的量子门集合。逡逑（１）两级酉门是通用的逡逑假设一个作用在ｄ维Ｈｉｂｅｒｔ空间的酉矩阵是一个任意的量子计算，如果任意的酉矩逡逑阵能够被分解成两级酉矩阵的乘积，那么两级酉门是通用的。假设一个３ｘ３的矩阵，逡逑以及三个两级酉矩阵Ｍ、［／２和￡／３

【参考文献】