非对称量子通信的理论研究

发布时间：2020-04-04 20:57

【摘要】：随着信息技术的不断发展,信息的安全传输愈发重要。在现有的计算能力下,传统基于数学难解问题的经典密码系统正在遭受严峻的挑战。量子信息技术的出现为解决这一问题提供了可能。量子保密通信是将量子叠加以及量子纠缠等独特物理性质和经典信息理论相结合的一种新型通信方式,其安全性由量子力学特性所保证,以经典理论无法实现的方式安全的传输信息。目前,量子通信理论已成为国内外研究热点,相关的基础理论和实验研究获得了飞速的发展。本文主要研究非对称量子通信的相关理论,内容包括量子隐形传态(Quantum Teleportation,QT)和远程态制备(Remote State Preparation,RSP)。其中,对量子远程态制备的研究侧重于完成多方量子比特的安全传输,对量子隐形传态的研究则聚焦于实现特定的应用。论文的主要工作如下:1、研究单向、双向、非对称以及环形的量子隐形传态和量子远程态制备等量子通信协议。通过对协议中涉及到不同的量子信道(纠缠态)的特点和优势进行总结和归纳,提出了一个产生纠缠的新方法,可用于隐形传态和远程态制备的多方量子通信。作为新方法的应用之一,本文设计了一种新型的量子安全通信,即环形远程态制备。首先提出了一个四方单比特态的控制环形RSP协议,然后将它扩展成制备任意量子态的多方控制环形RSP。同时指出,先前的双向和非对称协议可以看作是本文环形RSP协议的一种更简单的形式。2、量子隐形传态大多都使用最大化纠缠态作为量子信道,但最大化纠缠资源只存在于理想情况下。研究了非最大化纠缠信道的量子隐形传态,基于非最大化纠缠GHZ态提出了一个新型的概率控制隐形传态方案。通过引入多参数通用测量,可以根据量子信道参数调整测量基参数,进而实现最佳的成功概率。加入了量子控制者,使方案具有更高的灵活性。同时该方案可以被扩展到接收者没有足够量子能力的半量子通信情况,进一步扩大了概率隐形传态的应用范围。
【图文】：

CNOT门,矩阵表示,量子比特

图 2-8 CNOT 门1 0 0 00 1 0 00 0 0 10 0 1 0CNOTU . 述如下：假如控制量子比特置为为 1，目标量子比特将翻转。具体 00 ，0 1 01 ，10 11 ，11 的方法是将其视为经典异或门的推其中是模 2 加法，相当于控制存在目标量子比特当中。的信息，就需要对量子态进行测量

量子通信

称方案的一种特殊形式，环形方案也被考虑作为目标方案的一种新思路。通过对 Chen等人[23]提出的三方环形量子隐形传态方案进行探索和分析，思考能否将三方扩展到多方，从而实现一个多方的环形方案？基于该想法，结合量子通信协议的研究与分析，发现 Li 等人[21]使用九比特纠缠态提出的双向量子隐形传态和 Nie 等人[22]使用七比特纠缠态提出的非对称量子隐形传态方案中的量子信道存在一些规律。利用这些规律，提出了一个产生纠缠的新方法，，可用于隐形传态和远程态制备的多方量子通信。作为新方法的应用之一，设计了一种新型的量子安全通信，即环形 RSP。在本章首先提出了一个四方单比特态的控制环形 RSP 协议，然后将它扩展成制备任意比特态的多方控制环形 RSP。同时在方案中指出：先前的双向和非对称协议可以看作是我们环形RSP 协议的一种更简单的形式。3.2 量子通信协议的研究与分析3.2.1 单向量子通信简单来说，单向量子通信就是通信双方 A 和 B，A 作为发送者，B 作为接收者，利用 A 和 B 共享的纠缠信道，A 给 B 隐形传输量子比特的过程。如图 3-1 所示。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413;TN918

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