[发明专利]量子网络的广播通信技术

说明书

一、技术领域

本发明涉及网络通信领域，更具体地说，本发明给出了一个基于GHZ态的量子广播通信实现方案。

二、背景技术

量子通信网络是当前国际上热门研究课题之一。欧洲、北美和日本投入了大量的人力物力进行研究，并提出了多种网络拓扑结构和寻址方式。基于量子通信网络的研究和建设的实际发展需求，当一个量子通信的整体网络已经实现，理论研究如何有效地利用量子网络资源尤为重要。最近，量子网络通信理论与技术已经引起了人们的注意，并且发展成了量子计算与信息领域中的一个研究课题。

量子广播通信是两方安全直接通信(QSDC)的一个新的分支。经典的广播通信涉及到一个发送方和多个接收方，发送方先将自己的秘密消息加密，然后再通过不安全的广播信道发送给一个动态变化的接收者集合。广播通信协议保证只有合法的接收方能够获得发送方的所发送的秘密消息，而不合法的窃听者不能获得任何秘密消息。2007年Wang等人[1]提出了量子广播通信(QBC)的概念，他们将经典广播通信的思想运用到量子通信协议的设计中，运用多粒子GHZ态实现了一个发送方将秘密消息通过量子信道广播给多个合法接收者，而不合法的窃听者无法获得任何秘密消息。在[1]中，他们提出了三个QBC协议，分别通过纠缠交换、超密编码和量子密码实现，三个协议中均使用了身份认证技来确定参与方的合法性，前两个协议在获得秘密消息阶段都需要经典信息通信。其实，在2006年，Man等人[2]就提出了一个单个发送方对N个接收方的QSDC协议，只是他们没有提出QBC这个概念。协议运用多粒子GHZ态实现了一个发送方将秘密消息同时发送给多个接收者，接收者结合一个经典信息和自己的测量结果可获得发送方的秘密信息。在2010年，Yang等人[3]提出了两个与[1]相比较高效的QBC协议，协议中也使用了身份认证技术。

在以上的QBC协议中，发送方均只有一方，但我们注意到在实际应用中有这样一类问题，即要以多方的联合信息作为判断依据，例如：在某些决议过程中需要双方达成一致，决意才能生效；在信号控制领域，有时也需要利用多个信号同时进行控制。从这一实际问题出发，我们提出了两方联合广播的QBC协议，该协议的目的是让多个接收方同时接收到两个发送方的联合消息。

三、发明内容

本发明提出了一个量子网络中的联合广播通信的实现方案。该方案实现了多个接收方同时接收到两个发送方的联合消息的目的。现有的QSDC协议都是发送方将自己独立的秘密消息发送给接收方，而本文通过纠缠交换实现了两个发送方将联合消息广播给多个接收方。

该方案通过发送方分别与所有接收方共享多粒子GHZ态，然后发送方进行单粒子测量，公布校验位，各接收方进行非精确的Bell测量后根据其结果和校验位同时获得发送方的联合秘密消息。

由于在广播协议中每个接收方所获得的消息都相同，故此协议采用身份认证技术来确定接收方的合法性，即只有拥有身份认证码的合法接收方才能将GHZ态恢复为初始态，从而获得正确的消息。

协议中执行了两次窃听检测，确保了协议的的无条件安全性，诱骗光子的运用使该协议具有了对窃听的可检测性。

本协议所提出的模型具有一定的应用意义，例如：在决策过程中，为防止单个决策者作弊，可设置两个决策者，多个接收者同时接收到两决策者的联合决策结果，只有两人意见一致时，决策才有效。又如：在一个控制系统中，为防止输入模块故障导致的输入信号错误，可设置一个备份输入模块，两个输入模块同时工作，二者输入相同时系统正常工作，若不同则系统报错。

四、附图说明

图1多接收方的量子网络通信结构。

五、具体实施方式

方案的设计：

协议中的有两个信息发送方S₁，S₂和N个接收方R₁，R₂......R_n，协议实现N个接收方同时接收到两发送方秘密信息的异或，方案如图1所示。具体描述如下：

由于两个发送方要将联合信息广播给多个接收者，即所有接收方接收到的消息都相同，如下的编码：|0>对应与经典比特0，|1>对应于经典比特1。然后S₁，S₂根据自己的测量结果和要发送的秘密信息通过经典信道分别公布一个校验位α₁，α₂。校验位的产生规则为：若测量结果与要发送的秘密信息一致，则校验位置0；若相反，则校验位置1。