[发明专利]一种基于超纠缠贝尔态的三方量子安全直接通信方法

说明书

本发明公开了一种基于超纠缠贝尔态的三方量子安全直接通信方法，包括：用户1随机制备N个超纠缠贝尔态，并将其拆分成两条序列；用户1利对第一条序列路径编码发送至用户2；用户2确认无窃听后对其路径编码发送至用户3；用户3确认无窃听后通知用户1发送第二条序列；用户1对第二条序列极化编码发送给用户3；用户3对第二条序列进行极化编码，对两条序列做联合超纠缠贝尔态测量并公布测量结果；用户1分别获取用户2和3的编码信息；用户1公布初始态R_i以及用户2异或上用户3的编码信息R；用户2和3获取其他两方的编码信息。本发明仅传输三次，大大降低了由于信道损耗引起的光子丢失的概率，且具备安全性检测，充分提高了传输的安全性。

技术领域

本发明涉及一种基于超纠缠贝尔态的三方量子安全直接通信方法，属于量子通信的技术领域。

背景技术

量子通信是量子信息学的一个主要分支，主要涉及量子密钥分发、量子隐形传态、量子安全直接通信等方面。量子密钥分发和量子隐形传态研究起步早，发展已经相当成熟。量子安全直接通信的概念是由龙等人在2002年首次提出，一直是近几年来研究的热点。不同于量子密钥分发，量子安全直接通信不需要通信双方事先生成密钥，而是通过直接建立量子信道的方式进行通信，从而将一般意义上的量子通信过程简化为一步量子通信过程，能够在量子信道中直接传递秘密信息。通信的首要前提是确保安全，量子安全直接通信的安全性同样基于量子不可克隆原理、量子测不准原理以及纠缠粒子的关联性和非定域等，因此可以保证通信的绝对安全。

目前，量子安全直接通信的研究主要针对于双方通信，对三方通信的研究还在起步阶段。

而对三方量子安全直接通信的研究工作，目前主要集中在单光子或者单自由度上。王等人在文献“Three-party Quantum Secure Direct Communication with singlePhotons in both Polarizationand Spatial-mode Degrees ofFreedom”(基于单光子极化和空间两个自由度的三方量子安全直接通信)中提出了一种三方量子安全直接通信方法，该方法首次利用单光子的两个自由度，对其进行编码信息，实现了三方通信，即一方可同时获得另外两方的信息。若是希望任何一方都能够同时获取另外两方的信息，则需要三方同时制备一条单光子序列，并行传输三次，且每个用户皆需编码两次才可实现三方时时通信。此方案要求每个用户都要准备量子发生器来制备量子态，成本较高；其次，传输次数越多，对通信的安全性要求越高，且由于信道损耗引起的光子丢失的概率也就越高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于超纠缠贝尔态的三方量子安全直接通信方法，解决现有的量子通信方法中需要三方同时制备一条单光子序列，分别进行多次传输才可实现通信，导致信道损耗引起的光子丢失的概率较高的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于超纠缠贝尔态的三方量子安全直接通信方法，该方法基于用户1和用户2、用户3，包括以下步骤：

步骤1、用户1随机制备N个超纠缠贝尔态，且每个超纠缠贝尔态包含路径和极化两个自由度，并将其拆分成第一和第二两条序列及每条序列包含N个单光子；

步骤2、所述用户1利用四个幺正操作对第一条序列进行路径编码，并随机置入若干个诱骗态光子后发送至用户2；

步骤3、所述用户2对接收的第一条序列进行安全性检测，确认无窃听后对其进行路径编码，并随机置入若干个诱骗态光子后发送至用户3；

步骤4、所述用户3对用户2所发送的第一条序列进行安全性检测，确认无窃听后通知用户1发送第二条序列；

步骤5、所述用户1对第二条序列进行极化编码，利用四个幺正算子编码2个比特的信息，随机置入若干个诱骗态光子后发送给用户3；