[发明专利]一种基于超纠缠的测量设备无关的量子安全直接通信方法

权利要求书

1.一种基于超纠缠的测量设备无关的量子安全直接通信方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：信息发送方Alice和信息接收方Bob均制备n个相同的极化-空间超纠缠光子对然后从每个超纠缠光子对中取出一个光子，形成两个有序光子序列S_AC_A以及S_BC_B；另外，Alice和Bob随机制备m个在极化和空间多自由度上随机编码的单光子，并分别将这些单光子随机插入C_A和C_B光子序列中；

步骤2：Alice和Bob分别将C_A和C_B序列的光子发送给第三方测量端Charlie；

步骤3：Charlie收到C_A和C_B序列的光子后，对每一对光子进行超纠缠贝尔态测量HBSM并公布测量结果；Alice和Bob公布C_A和C_B序列中单光子的位置和两自由度的制备基和量子态；

步骤4：若C_A和C_B序列中进行HBSM的一对光子都来源于超纠缠态，则通过HBSM通信双方建立超纠缠信道；若HBSM的一对光子都是单光子，则通信双方利用HBSM结果进行安全性检测；若HBSM的一对光子一个来源于超纠缠态，一个是单光子，则丢弃掉HBSM的结果以及超纠缠态中剩余的光子；

步骤5：Alice按照所要发送的信息，对手中的光子在极化自由度进行编码操作，同时随机选择一部分光子作为安全性检测光子进行随机操作；同时，Bob也对手中的光子在极化自由度随机进行四种编码操作；

步骤6：Alice和Bob分别将编码后的光子发送给探测方Charlie；Charlie进行空间纠缠辅助的完全极化贝尔态测量，并公布信息；Alice公布安全性检测光子的位置和编码操作；Bob根据测量结果进行安全性检测，若安全性检测通过，Bob根据贝尔态分析的结果和自己的随机编码来解码信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于超纠缠的测量设备无关的量子安全直接通信方法，其特征在于：其中步骤1中所述的确定的极化-空间超纠缠贝尔态描述为：

其中属于下列四个极化贝尔态：

H和V分别表示为光子水平方向上的偏振和垂直方向上的偏振，下标P表示极化自由度；

Alice处的空间纠缠态属于下列四个空间贝尔态：

式中a₁，a₂代表S_A序列的两个不同空间模式，a₁′，a₂′代表C_A序列的两个不同空间模式；

Bob处的空间纠缠态属于下列四个空间贝尔态：

式中b₁，b₂代表S_B序列的两个不同空间模式，b₁′，b₂′代表C_B序列的两个不同空间模式。