[发明专利]一种基于GHZ态密集编码和纠缠交换的量子隐写协议

摘要

量子隐写将经典隐写和量子安全通信结合在一起，是经典隐写在量子领域的推广。量子隐写的目标在于利用量子隐藏信道实现秘密消息的隐秘传送。本发明提出一种基于GHZ态密集编码和纠缠交换的量子隐写协议。该协议的超量子信道是通过将隐藏信道建立在原始量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)协议上形成的。基于原始的QSDC，秘密消息的传送通过结合GHZ态密集编码和GHZ态纠缠交换来实现。该协议超量子信道的容量达到6比特每轮隐秘通信。另外，该协议不仅具有良好的不可感知性，而且还具有良好的安全性。

主权项

一种基于GHZ态密集编码和纠缠交换的量子隐写协议，通过结合GHZ态密集编码和GHZ态纠缠交换建立隐藏信道来隐秘传送秘密消息，包括以下五个过程：S1)Bob准备大量(n)的|Ψ1>ABC，GA、GB和GC分别表示A、B和C的粒子集合，相应地，GA＝[A1，A1，…，An]，GB＝[B1，B2，…，Bn]，GC＝[C1，C2，…，Cn]，其中下标代表GHZ态的个数；S2)Bob通过量子信道分两步将GA和GB传送个给Alice：(a)Bob将GA传送给Alice，GB和GC由他自己保留；为了进行窃听检测，Alice从GA选择一个足够大的子集，从Z基(|0>，|1>)或X基(|+>，|‑>)中随机选择一个测量基测量GA子集中的粒子A；Alice将她的测量基和测量结果告诉Bob；在得到Alice的结果后，Bob用相同的测量基测量GB相应子集中的粒子B和GC相应子集中的粒子C，通过判断是否与Alice的测量结果存在高度相关性，Bob能够知道是否存在窃听；如果Bob证实存在窃听，他们停止通信，否则，他们进入步骤(b)；(b)Bob将GB传送给Alice，GC由他自己保留；为了窃听检测，Alice从GA选择一个足够大的子集和从GB选择一个足够大的相应子集，并从Z基或X基中随机选择一个测量基测量粒子A和粒子B；Alice将她的测量基和测量结果告诉Bob；在得到Alice的结果后，Bob用相同的测量基测量GC相应子集中的粒子C，通过判断是否与Alice的测量结果存在高度相关性，Bob能够知道是否存在窃听；如果Bob证实存在窃听，他们停止通信，否则，他们进入信息传送模块；S3)信息传送模块：(a)根据信息比特序列，Alice对GA和GB中的每对粒 子施加Uk操作(在施加Uk操作后，GA和GB分别变为G′A和G′B；尽管GC中的粒子没有被施加酉操作，为了一致起见，G′C仍然用来代替原始的GC，相应地，G′C和GC完全一样)；(b)根据秘密消息，Alice从G′A和G′B中分别选择四个粒子A′m、A′m+1、B′m、B′m+1，并进入秘密消息隐藏模块；(c)Alice通过量子信道将G′A和G′B传送回Bob；S4)秘密消息隐藏模块：(a)根据秘密消息，Alice从G′A和G′B中分别选择四个粒子A′m、A′m+1、B′m、B′m+1，其中下标m代表粒子A′m在G′A中的位置和粒子B′m在G′B中的位置；m的值必须满足一致性条件，即A′m‑1B′m‑1C′m‑1和A′mB′mC′m这两个GHZ态必须与秘密消息保持编码对应的一致性(在通过执行QSDC、QKD或经典信道的一次一密将m传送给Bob之前，一个合适的m可以事先被Alice确定)；(b)通过事先对Am+1和Bm+1施加相同的Uk操作，A′m+1B′m+1C′m+1能够复制A′m‑1B′m‑1C′m‑1所携带的信息，也就是，A′m+1B′m+1C′m+1不正常传送信息，而是作为一个辅助GHZ态来协助隐藏秘密消息；S5)秘密消息解码模块：(a)Bob得到m的值；(b)Bob对A′m‑1B′m‑1C′m‑1进行GHZ基测量以恢复出信息；(c)Bob分别对A′mA′m+1、B′mB′m+1和C′mC′m+1进行Bell基测量；(d)根据A′mA′m+1、B′mB′m+1和C′mC′m+1的测量结果，Bob能够解码出Alice所传送的秘密消息，而且，通过解码出的秘密消息和A′m‑1B′m‑1C′m‑1的状态，Bob能够恢复出A′mB′mC′m所携带的信息。