[发明专利]一种基于部分纠缠GHZ信道的联合监控量子广播通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种量子网络的广播通信方法，具体涉及一种基于部分纠缠GHZ信道的联合监控量子网络通信方法。

背景技术

量子信息学主要包括量子通信和量子计算。量子通信是以量子态作为信息单元来实现信息的有效传送，除了需要传统的经典信道外，更为主要的还需建立通信各方之间的量子纠缠信道。自从1993年基于量子纠缠提出了第一个量子远程传态的实验方案以来，1997年国际上首次实验实现了基于Bell纠缠信道的量子远程传态，进而为了实现远距离量子通信，在收发点之间设计了基于纠缠交换的量子中继器。这些点对点通信行为，充分验证了构建可扩展量子通信网络的可行性。量子通信业已成为前沿信息技术发展最迅速的研究领域，但是目前的进展主要集中基于点与点之间的通信行为。2007年Wang等提出了第一个量子广播通信协议，利用最大纠缠GHZ态实现了一对多的信息传送。近年来，Man和Yang等相继提出了更高效的基于身份认证的量子广播通信协议。然而，我们注意到上述广播通信协议中缺少对广播数据接收用户权限的设置，部分用户应可以无限制接收到广播数据，其他用户则需要在得到监控授权信息下才能获取真实的广播数据。此外，量子通信中，所采用量子信道实际上就是通信各方之间的量子纠缠，现有的广播量子通信和量子交换协议都利用了最大纠缠信道，例如最大纠缠Bell信道                                                和最大纠缠GHZ信道。事实上，由于制备与传输中的环境耦合，消相干及噪声的影响，基于现有的实验技术，往往很难得到最大纠缠态，需要利用纠缠集中操作从部分纠缠的态中提取出近似的最大纠缠态。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于部分纠缠GHZ信道的联合监控量子网络通信方法，使得部分用户可以无限制接收到广播数据，其他用户需要在得到监控授权信息下才能获取真实的广播数据。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于部分纠缠GHZ信道的联合监控量子广播通信方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）数据粒子准备阶段：发送者Alice准备两组部分纠缠GHZ态，和作为信道用来广播信息，Alice从每个GHZ态中保留2个粒子，、、和，从每个GHZ态中分别提取和匹配成量子数据粒子序列单元；

（2）监控粒子准备和数据粒子更新阶段：Alice引入初始状态为的辅助粒子，选择一个辅助粒子首先执行Hadamard交换，并以作为控制位，以被监控的数据位作为目标位，实施CNOT变换，完成对数据粒子序列单元中的更新，再对执行Hadamard交换，以作为控制位，为目标位，实施CNOT变换，将相应的控制粒子分发给个监控方，初步建立实施联合监控模式的量子广播通信信道；

（3）检测粒子准备与数据传送阶段：Alice为每组序列准备若干个检测粒子组成检测粒子序列，每个粒子随机处于和的基态之一，Alice记录检测序列里每个粒子所处的状态，将随机插入检测粒子序列，记下位置，形成组新的数据粒子和检测粒子混杂序列，Alice将手中的粒子序列分别发送给相应的第个接收者；

（4）检测实施阶段：当接收用户收到混杂序列后，对该混杂序列进行安全检测，提取其中的检测粒子序列进行检测监听；

（5）监控模式下的信息解码阶段：Alice和各个广播信息接收用户对他们各自手中相应的两个粒子进行Bell测量，获得测量结果,并对测量结果进行编码，令 对应于经典粒子0, 对应于经典粒子1,Alice根据其测量结果和要发送的秘密消息通过经典信道公布一个校验位，若测量结果与要发送的秘密消息一致，则校验位置0；若相反，则校验位置1；各个监控方对其手中的粒子利用进行测量，当测量结果为时，授权信息编码为0；当测量结果为，授权信息编码为1；将其测量结果作为授权信息告知给相应的合法用户，如果不授权，则拒绝发布授权信息；广播数据接收用户从混杂粒子序列中提取数据粒子序列，进行Bell测量，获得测量结果，根据校验位信息、Bell测量结果和授权信息，获取真实有效的合法广播数据。

上述技术方案中，步骤（5）的具体计算过程为：无限制用户，获得的真实广播消息为；得到授权信息的授权限制用户获得的真实广播消息为，授权限制用户如果不能得到任意一个控制方授权信息，就不能准确获取真实的广播信息。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：