[发明专利]适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写方法

摘要

本发明提出一个适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写方法。逻辑Bell态被用于克服集体退相位噪声。构建在正常量子通信的用于分发秘密消息的量子隐秘信道是通过对两个逻辑Bell态交换纠缠来建立。Bell态测量而非四量子比特联合测量被用于解码。本发明方法的信道容量高达4比特每轮隐秘通信，而且其不可见性和安全性都能得到保证。

主权项

一种适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写方法，利用逻辑Bell态克服集体退相位噪声；通过对两个逻辑Bell态交换纠缠来建立构建在正常量子通信的用于分发秘密消息的量子隐秘信道；利用Bell态测量而非四量子比特联合测量进行解码；具有高达4比特每轮隐秘通信的信道容量和良好的不可见性与安全性；共包括以下四个过程：S1)制备模式：①Bob制备一个由n个逻辑Bell态组成的量子态序列，其中每个逻辑Bell态都为这里下标A和B表示两个逻辑量子比特；②Bob按顺序从每个逻辑Bell态挑选出第一个逻辑量子比特来构成序列SA；剩余的逻辑量子比特构成序列SB；即有SA＝[A1，A2，…，An]和SB＝[B1，B2，…，Bn]；③为了安全检测，Bob制备足够多的随机处于四个态{|0dp>，|1dp>，|+dp>，|‑dp>}之一的诱骗逻辑量子比特，并将它们随机插入SA；④Bob利用块传输技术将SA发送给Alice，并自己保留SB；在Alice宣布收到SA后，他们进入控制模式；S2)控制模式：①Bob告诉Alice诱骗逻辑量子比特的位置和制备基；②Alice使用Bob告诉的基测量诱骗逻辑量子比特，并向Bob公布她的测量结果；③Bob通过比较Alice的测量结果和诱骗逻辑量子比特的初态判断是否存在一个窃听者；如果存在一个窃听者，他们中断通信，否则，他们进入信息和秘密消息隐藏模式；S3)信息和秘密消息隐藏模式：①根据她的秘密消息，Alice利用表1产生一条信息比特序列，这条信息比特序列被用于帮助隐藏Alice的秘密消息，并以每四比特分为一组，对应Alice的两比特秘密消息；如果Alice的两比特秘密消息为00，则该组信息比特为0000、0101、1010或1111；如果Alice的两比特秘密消息为01，则该组信息比特为0001、0100、1011或1110；如果Alice的两比特秘密消息为10，则该组信息比特为0010、0111、1000或1101；如果Alice的两比特秘密消息为11，则该组信息比特为0011、0110、1001或1100；然后，根据信息比特序列，Alice对SA施加逻辑酉操作{ΩI，Ωz，Ωx，Ωy}，其中ΩI对应00，Ωz对应01，Ωx对应10，Ωy对应11；在被施加逻辑酉操作后，SA被转化为S′A；为了描述一致起见，尽管SB保持不变，S′B仍被用于表示原始的SB；②根据一个两比特秘密消息，Alice从S′A选择两个逻辑量子比特A′m和A′m+1，其中下标m代表S′A中逻辑量子比特A′m的位置；Alice事先选择一个合适的m并通过执行量子安全直接通信或经典信道的一次一密将它发送给Bob；m的值应满足一定的一致性，即两个逻辑Bell态A′m‑1B′m‑1和A′mB′m应与两比特秘密消息保持表1所示编码对应的一致性，其中B′m‑1和B′m分别是指S′B中的第m‑1个和第m个逻辑量子比特；通过事先对A′m+1施加相同的逻辑酉操作Ωij，A′m‑1B′m‑1所携带的信息将被A′m+1B′m+1复制，即A′m+1B′m+1不正常传送信息而是作为一个辅助逻辑Bell态来帮助隐藏两比特秘密消息，其中B′m+1是指S′B中的第m+1个逻辑量子比特；③Alice以块传输的方式将S′A传回给Bob；S4)信息和秘密消息解码模式：①在得到S′A和m的值后，为了解码出它携带的信息，Bob通过对第1和第3个量子比特、第2和第4个量子比特施加两个Bell态测量来探测A′m‑1B′m‑1的状态；②Bob通过对第1和第3个量子比特、第2和第4个量子比特施加两个Bell态测量来探测A′mA′m+1和B′mB′m+1每个的状态，然后根据式(1)解码出Alice隐藏的两比特秘密消息；③Bob根据两比特秘密消息和A′m‑1B′m‑1的状态从表1提取出A′mB′m携带的信息；其中，m的值应满足的一致性条件，即两个逻辑Bell态A′m‑1B′m‑1和A′mB′m应与两比特秘密消息保持的编码对应的一致性，见表1所示；表1中的每个初始逻辑Bell态的上标意味着它能通过对施加相对应的逻辑酉操作得到，下标代表逻辑Bell态的两个逻辑量子比特；表1中纠缠交换后两个逻辑Bell态的不同组合构成的集合编码为相应的两比特秘密消息；表1 集体退相位噪声下任意两个逻辑Bell态的纠缠交换结果表1中纠缠交换后两个逻辑Bell态的不同组合构成的集合与两比特秘密消息的对应关系为：