[发明专利]一种分层量子信息分发方法

说明书

本发明公开了一种分层量子信息分发方法，发送方把一个携带量子信息的量子态，通过分层结构逐层分发到多个代理节点，量子信息由分层结构的每一层中的所有代理方共享，只有每一层中的代理方一起合作才能恢复量子信息，实现了量子信息安全性传递；本发明使用相对容易制备的“四粒子GHZ”状态使得方案在实际中的可行性提高，利用分层结构来实现多次快速的量子信息分发，为无线网络中量子信息的快速分发提供了理论基础。

技术领域

本发明涉及量子通信和信息分发技术领域，尤其是一种分层量子信息分发方法。

背景技术

量子秘密共享QSS是量子密码学的一个重要的分支。量子秘密共享主要研究如何借助量子力学，将一个秘密分拆给多个接收方，并且只有多个接收方合作时才能重建这个秘密。1999年，提出了第一个量子秘密共享协议(HBB协议)。在他们的协议中，Alice的秘密信息，在两个接收者Bob和Charlie之间实现了共享，接受者Bob和Charlie合作便可以将秘密恢复出来。同年，一个阈值为(k，n)的量子秘密共享协议被提出，一个秘密被分为n部分，只有任意的k部分联合才能重构秘密，k-1部分不能够获取秘密。2004年，提出了一种基于纠缠交换的多方的秘密共享的协议。2006年，提出了一个对于任意m量子位状态的对称多方量子秘密共享，需要利用m粒子的GHZ态。2011年，提出了一种高效的用cluster态对任意的m个量子比特状态实现五个接收方量子状态共享。2017年，提出了一个利用本地操作和一个n个量子比特正交对的GHZ态实现量子秘密共享。现有的各种方案中，量子秘密共享按照所使用的量子资源不同，可分为基于纠缠态和基于非纠缠态两种。按共享的信息种类的不同分为两类：第一类是多个参与者共享经典信息，利用量子特性实现经典信息的秘密共享，弥补传统的秘密共享安全性差、实现效率低等问题；第二类是多个参与者共享一个未知的量子态，利用量子的纠缠特性来实现量子信息的秘密共享，共享的载体是量子态。

现有的这些协议都在理论上实现了量子秘密共享，但一些方案中所使用的多粒子最大纠缠态在实际中是不容易制备的，这将使得方案在实际中不可实现。同时，目前的方案研究多次分发量子信息的较少，大多数是在一次分发实现的，而在实际中，在一些复杂的网络中一次分发可行性较低，连续多次分发将快速的实现量子信息的共享。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种分层量子信息分发方法，能够利用分层结构来实现多次快速的量子信息分发，实现了量子信息安全性传递。

为解决上述技术问题，本发明提供一种分层量子信息分发方法，包括如下步骤：

(1)发送方拥有一个携带1量子比特信息的粒子(1)和一个制备在四粒子(1',2,3,4)态上的GHZ态，发送方将GHZ态中的2、3、4三个粒子分别分配给分层结构的第一层中的3个代理节点，形成一个五粒子的初始状态；

(2)发送方对拥有的粒子(1,1')执行Bell测量，使传递的量子信息分发到第一层的3个代理节点，第一层的3个代理节点的三个粒子共享1量子比特信息，第一层的3个代理节点执行幺正变换将其变为指定的信息态；

(3)第一层的3个代理节点准备三个四粒子GHZ态，分别制备在粒子(2',5,6,7),(3',8,9,10),(4'11,12,13)上，第一层的3个代理节点将三个四粒子GHZ态中的九个粒子5-13分别分配给第二层的9个代理节点，形成一个十五粒子的初始状态；

(4)第一层的3个代理节点对拥有的六个粒子(2,3,4,2',3',4')执行六粒子的扩展Bell测量，使传递的量子信息分发到第二层的9个代理节点，第二层的9个代理节点拥有的九个粒子共享1量子比特信息，第二层的9个代理节点执行幺正变换将其变为指定的信息态；