[发明专利]一种基于霍夫曼压缩编码的受控量子安全直接通信方法

摘要

本发明公开了一种基于霍夫曼压缩编码的受控量子安全直接通信方法，发送方Alice和接收方Bob设计相同的序列产生器，控制方Charlie通过发送序列产生器的初始态，通信双方产生相同的伪随机序列。Alice利用霍夫曼压缩编码对原始信息进行压缩，并将压缩后的序列和伪随机序列异或构成序列S1。Alice发送序列SB给Bob检测信道安全性，若信道安全则Alice将S1分为奇序列和偶序列，对奇偶序列进行不同的编码后加载到SA剩余粒子上发送给Bob；否则放弃此次通信。Bob检测信道安全后测量译码恢复序列S1，并将S1与伪随机序列异或得到压缩序列，Bob对压缩序列解压即可得到原始信息。该方法能有效提高量子安全直接通信的传输效率。

主权项

一种基于霍夫曼压缩编码的受控量子安全直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，发送方制备一串Bell态，并将所述的Bell态分成两组序列SA和SB；发送方和接收方设计相同的序列产生器，此时控制方设定所述的序列产生器的初始状态；步骤二，控制方将霍夫曼编码的初始状态发送给发送方，发送方对要发送的原始信息进行霍夫曼编码得到压缩序列；步骤三，控制方将所述的序列产生器的初始状态通过经典信道发送给发送方，发送方收到后利用序列产生器产生伪随机序列；然后发送方将所述的压缩序列和伪随机序列进行异或，构成序列S1，之后将S1序列按照奇数位和偶数位分为奇序列So和偶序列Se，并按照So在前，Se在后拼接成序列S2；步骤四，发送方将序列SB发送给接收方，接收方从接收到的SB中随机抽取检测粒子进行单光子检测，并将测量结果、测量基信息和位置信息发送给发送方；发送方根据接收方发送的信息测量SA相对应位置的粒子，然后将自己的测量结果和接收方的测量结果进行比对分析：如果错误率小于安全阈值，则信道安全，继续执行步骤五；否则信道不安全，放弃此次通信；步骤五，当确定信道安全时，发送方在序列SA中随机抽取粒子并对这些粒子进行任意一种幺正变换，记录抽取粒子位置信息和幺正变换的类型，然后发送方将S2序列的信息编码在SA序列的剩余粒子上，并将编码序列SA发送给接收方。步骤六，接收方收到序列SA后，发送方将抽取粒子的位置信息及其幺正变换的类型发送给接收方，然后接收方对SA与SB序列进行Bell基联合测量，计算出SA序列传输中的错误率；步骤七，如果抽取粒子的错误率小于安全阈值，则接收方对Bell基测量结果进行译码得到S1序列；否则，放弃此次通信；步骤八，控制方将序列产生器的初始状态发送给接收方，接收方将产生的伪随机序列与S1序列进行异或，得到压缩序列；当S1序列长度小于伪随机序列周期时，默认在伪随机序列中从低位选取与S1序列等长的伪随机数；当S1序列长度大于伪随机序列周期时，默认每次按照与伪随机序列周期相等的长度对S1序列进行分组，然后将每个组与伪随机序列进行异或运算；步骤九，接收方对步骤八中得到的压缩序列进行解压，得到发送方发送的原始信息。