适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写协议的制作方法
【专利摘要】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协议。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。本发明协议的信道容量高达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。
【专利说明】适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写协议
【技术领域】
[0001] 本发明涉及量子安全通信领域。本发明设计一种适用于集体退相位噪声信道的错 误容忍量子隐写协议，解决量子隐写协议实际应用面临的噪声干扰问题。
【背景技术】
[0002] 量子安全通信利用量子力学性质来实现秘密消息传送的无条件安全，已经成 为量子信息处理最重要的分支之一。它可被划分为几个著名的范畴：量子密钥分配 (Quantum key distribution，QKD) [1-3]，量子安全直接通信（Quantum secure direct communication，QSDC) [4-7]，量子秘密共享（Quantum secret sharing，QSS) [8-9]等。近 年，一种新颖的称为量子隐写（Quantum steganography，QS) [10-17]的量子安全通信已经 被提出来。众所周知，隐写是将秘密消息隐藏进看似无辜的原始媒介并在向外分发隐秘媒 介时不暴露秘密消息存在性的一门艺术。QS的目标是在正常量子通信的掩护下实现量子数 据或经典数据的隐写并不引起窃听者的怀疑，可被视为经典隐写在量子安全通信领域的量 子版本。QS可能需要一个量子隐秘信道来将秘密消息的存在性隐藏进正常量子通信。众所 周知，量子纠缠交换技术是量子信息处理领域至关重要的技术之一，并已被广泛用于设计 量子通信协议。在2010年，Qu等[14]首次提出利用量子纠缠交换技术在正常量子通信建 立一个隐秘信道来分发秘密消息的思想。从首次将量子纠缠交换技术引入到QS领域来说， Qu等的协议[14]非常重要。接着，几个基于量子纠缠交换的QS协议[15-17]根据不同量 子纠缠态被设计出来。
[0003] 尽管已经有几个不错的QS协议[10-17]被提出来，但它们都是基于理想信道。然 而，在光纤里的实际传输中，光子不可避免地面临由热波动、振动以及光纤的缺陷引起的 噪声干扰。因此，从实际执行可行性考虑，有必要想出能消除噪声负面影响的方法。一些 不错的方法已经被提出，如纠缠纯化[18]、量子纠错码（Quantum error correct code, QECC) [19]、单光子错误拒绝（Single-photon error rejection, SPER) [20]和无消相干 (Decoherence-free，DF)态[21-32]。既然光子在一个比噪声变化更快的时间窗里传输 [25-26, 30-31]，这些光子可视为受到同样程度的影响。也就是说，噪声可被认为是集体噪 声类型。因为DF态具有抗集体噪声不变性，它们能够胜任用于抵抗集体噪声。
[0004] 基于以上分析，本发明提出一个适用于集体退相位噪声信道的错误容忍QS协议。 逻辑Bell态（即四量子比特DF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。本发明协议的信道容量高达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。
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【发明内容】
[0044] 本发明的目的是设计一种适用于集体退相位噪声信道的错误容忍QS协议，解决 QS协议实际应用面临的噪声干扰问题。
[0045] 一种适用于集体退相位噪声信道的错误容忍QS协议，共包括以下四个过程：
[0046] S1)制备模式。① Bob制备一个由η个逻辑Bell态组成的量子态序列，其中每个 逻辑Bell态都戈
【权利要求】
1. 一种适用于集体退相位噪声信道的错误容忍量子隐写协议，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： 51) 制备模式：① Bob制备一个由η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= [Ai，A2，…，AnHPSB= [Bi，B2，…，Bn];③为了安全检测，Bob制备足够多的随机处于 四个态{|〇 dp>，|ldp>，卜dp>，l_dp>}之一的诱骗逻辑量子比特，并将它们随机插入S A;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； 52) 控制模式：① Bob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； 53) 信息和秘密消息隐藏模式：①根据她的秘密消息，Alice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；然后，根据 信息比特序列，Alice对34施加逻辑酉操作{Ωρ Ωζ，Ωχ，Qy};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' 4选择两个逻辑量子比特A' m+1，其中下标m 代表S' 4中逻辑量子比特A' 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Α' μΒ' μ和A' mB' _"应与两比特秘密消息相对应；通过事先对A' m+1施加 相同的逻辑酉操作Ω^Α' ^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；③Alice以块 传输的方式将S' a传回给Bob; 54) 信息和秘密消息解码模式：①在得到S' 4和!11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 Α' πΒ' μ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Α' μΒ' μ的状态提取出A' mB' m携带的 信息。
【文档编号】H04L9/00GK104125054SQ201410386927
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】叶天语 申请人:浙江工商大学