[发明专利]基于纠缠态粒子的超密编码通信协议

说明书

本发明涉及量子通信技术领域，涉及基于纠缠态粒子的超密编码通信协议，包括如下步骤：对纠缠态粒子进行初始化处理；对发送方粒子进行编码；对接收方粒子进行纠错；接收方对纠错后的粒子进行解码。本发明设计不需要变动一些基础设备，只要增加产生和处理超纠缠对的设备即可；通过嵌入光子的超纠缠态进行粒子超密传输，增加了通信容量，且具有绝对的安全性；量子通信速度快、误码率低，极大的提升了通信效率；该协议较为简单，易于实际应用，其首次利用量子的超纠缠态进行现实环境中的超密传输，并且对过程中的比特翻转与相位翻转进行纠错处理，解决了真实环境下的量子超密传输方案，克服了无线网络信息安全性的不足。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体地说，涉及基于纠缠态粒子抗噪声的超密编码通信协议。

背景技术

随着科学技术的发展，量子通信领域发展迅速，它是量子力学与通信技术交叉的一门学科，超密编码，即通过传送一个量子位而实现两比特经典信息传送的通信协议，其理论上可以实现信息量的加倍传输，使得为了传递信息所需要的粒子数量大为减少，从而加强了信息传输过程中的误码率与安全性。开始时，构造出三个处于GHZ态的量子比特，之后让信息发送方持有一个，信息接收方持有其中另外的两个比特粒子，由于各个粒子之间的纠缠态(多粒子体系或多自由度体系的一种不能表示为直积形式的叠加态)不受时间与空间的影响，故发送方通过对手中粒子执行酉操作，达到了对整个系统状态的控制，接收方接收到发送方粒子后，通过对全部三粒子进行测量，从而可以确定三个粒子的具体信息，再根据之前的通信协议，就实现了三量子比特的超密编码。由于量子通信处于理论上的绝对安全，故即使传输过程中受到了窃听，攻击者也无法确定所传输的具体信息。

由于在真实环境中的通信存在着噪声，最常见的噪声有比特翻转和相位翻转两种错误，所以研究抗噪声的量子通信方案就成为了需要思考的问题，若基于重复编码技术运用CSS码对传递的信息进行纠错，则有望有效降低量子通信中的噪声；同时，基于光子超纠缠态的通信协议，发送方对手中量子比特实行特定的酉操作进行编码，既能提高传输的信息量并对信息进行纠错，也能保证传输过程中的安全性。然而，目前却没有可以结合CSS码纠错技术的基于光子超纠缠态的通信协议，鉴于此，我们提出了基于纠缠态粒子抗噪声的超密编码通信协议。

发明内容

本发明的目的在于提供基于纠缠态粒子抗噪声的超密编码通信协议，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了基于纠缠态粒子抗噪声的超密编码通信协议，包括如下步骤：

S1、对纠缠态粒子进行初始化处理；

S2、对发送方粒子进行编码；

S3、对接收方粒子进行纠错；

S4、接收方对纠错后的粒子进行解码。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，对纠缠态粒子进行初始化处理的具体方法包括如下步骤：

S1.1、通过已有的可以制备三量子比特GHZ态的超纠缠设备进行三量子比特GHZ态制备，并得到三量子比特态；

S1.2、将已经制备得到的三个纠缠态粒子分发，其中一个粒子给发送方，剩余两个粒子给接收方。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1.1中，制备三量子比特GHZ态过程中的计算表达式为：

作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，对发送方粒子进行编码的具体方法包括如下步骤：

S2.1、发送方从四种酉操作中选择其中一个作用到手中粒子上对其进行编码，并确定该酉操作下对应的系统状态；

S2.2、发送方将编码后的粒子通过引入辅助粒子1’和1”进行重复编码并发送给接收方，重复编码后的粒子变为三个相同状态的粒子。