[发明专利]基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法

摘要

本发明提出一种基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法，利用单光子作为量子载体实现一个量子通信者和一个经典通信者之间秘密消息的相互交换。本发明的方法针对外在Eve的主动攻击的安全性是由现有半量子密钥分配方法的完全鲁棒性、经典一次一密加密、经典通信者的置乱操作和诱骗光子技术来保证。经典通信者对信息单光子的经典基测量使得他与量子通信者共享它们的初态，使本发明的方法克服信息泄露问题。与传统无信息泄露量子对话方法相比，本发明方法的优势在于只要求一个通信者具备量子能力。与现有半量子对话方法相比，本发明方法的优势在于采用单光子而非两光子纠缠态作为量子载体。本发明的方法可用现有量子技术实现。

主权项

一种基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法，利用单光子作为量子载体实现一个量子通信者和一个经典通信者之间秘密消息的相互交换；针对外在Eve的主动攻击的安全性是由现有半量子密钥分配方法的完全鲁棒性、经典一次一密加密、经典通信者的置乱操作以及诱骗光子技术来保证；经典通信者对信息单光子的经典基测量使得他与量子通信者共享它们的初态，从而克服信息泄露问题；共包括以下六个过程：S1)量子Alice制备8N个随机处于四个量子态{|0>,|1>,|+>,|‑>}之一的单光子，并将它们通过块传输的方式传送给经典Bob；这里，和S2)在收到来自Alice的所有单光子后，Bob与Alice一起执行以下安全检测程序：(1)Bob从8N个单光子中随机挑选出一半单光子；(2)对于每个被选中的光子，Bob随机地将它直接返回给Alice或用Z基(即正交基{|0>,|1>})测量它并将相同的量子态重发给Alice；(3)在得到Alice收到的信号后，Bob告诉Alice他选择进行直接返回的单光子的位置以及他选择进行测量的位置和测量结果；(4)对于直接返回的光子，Alice利用她的制备基测量它们并通过比较她的测量结果和制备的初态计算错误率；对于她制备处于Z基并被Bob测量的光子，Alice用Z基测量相应的所返回的光子并计算相应的错误率；(5)如果总错误率低于阈值，她们继续通信执行下一步骤，否则，她们终止通信；S3)对于剩余的4N个单光子，Alice公布哪些被她制备处于Z基；现在Bob手上大约有2N个单光子处于Z基；S4)Bob从自己手中处于Z基的单光子随机挑选出N个来编码他的秘密消息；这些被选中的单光子被称为信息单光子；Bob手中剩余的单光子被称为样本单光子，用于安全检测；Bob的编码规则是：如果他的秘密经典比特是0，Bob用Z基测量信息单光子并制备一个新的单光子处于相同的量子态；如果他的秘密经典比特是1，Bob用Z基测量信息单光子并制备一个新的单光子处于相反的量子态；需要指出的是，Bob通过他的Z基测量能知道信息单光子的初态；最后，Bob将他手中所有的单光子随机重新排序并通过块传输的方式发送给Alice；S5)在得到Alice收到的信号后，Bob公布所传送的单光子的顺序和信息单光子的位置；Alice根据Bob的宣布将所有单光子恢复成原始顺序；对于样本单光子，大约有N个处于Z基和2N个处于X基(即正交基{|+>,|‑>})；Alice利用这些样本单光子执行安全检测程序，即她用她的制备基测量它们并通过比较她的测量结果和制备的初态计算错误率；如果错误率低于阈值，她继续通信，执行下一步骤，否则，她终止通信；S6)Alice丢弃所有的样本单光子；然后，Alice根据以下规则对信息单光子编码她的秘密消息：如果她的秘密经典比特是0，Alice保持信息单光子不变；如果她的秘密经典比特是1，Alice对信息单光子施加酉操作σx；然后，Alice用Z基测量所有的信息单光子并向Bob公布她对它们最终态的测量结果；根据信息单光子的最终态、他自己的秘密消息和他知道的信息单光子的初态，Bob能读出Alice的秘密消息；同时，根据信息单光子的最终态、她自己的秘密消息和她制备的信息单光子的初态，Alice能读出Bob的秘密消息。