在量子通信系统中执行量子安全直接通信的方法及其装置与流程

本公开涉及一种量子通信系统，并且更具体地，涉及一种在量子通信系统中进行高维量子安全直接通信的方法及其装置。

背景技术：

1、无线通信系统已被广泛部署以提供各种类型的通信服务，诸如语音或数据。一般来说，无线通信系统是能够通过共享可用系统资源(带宽、传输功率等)来支持与多个用户的通信的多址系统。多址系统的示例包括码分多址(cdma)系统、频分多址(fdma)系统、时分多址(tdma)系统、空分多址(sdma)系统、正交频分多址(ofdma)系统、单载波频分多址(sc-fdma)系统、以及交织分多址(idma)系统。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开的目的是提供一种用于在量子通信系统中执行量子安全直接通信的方法及其装置。

3、此外，本公开的目的是提供一种用于在量子通信系统中基于单光子发送2个或更多个比特的经典信息的方法及其装置。

4、此外，本公开的目的是提供一种用于在量子通信系统中基于单光子发送2个或更多个比特的经典信息而不丢失信息的方法及其装置。

5、此外，本公开的目的是提供一种用于在量子通信系统中通过考虑接收端的单光子检测器中的死区时间来构造用于信息传输的初始状态的方法及其装置。

6、本公开的技术目的不限于前述技术目的，并且本领域的普通技术人员从以下描述中将清楚地领会到上面未提及的其他技术目的。

7、技术方案

8、本公开提供一种用于在量子通信系统中执行量子安全直接通信的方法及其装置。

9、更具体地，根据本公开，在量子通信系统中发送端基于差分时间编译发送消息的量子安全直接通信(qsdc)方法包括：在量子信道上从接收端接收(i)至少一个初始时间状态，该至少一个初始时间状态通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上从接收端接收用于选择用于发送到接收端的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息；基于该时间状态位置信息，选择用于编码的特定初始时间状态；基于所选择的特定初始时间状态，通过对信息进行编码来生成编码时间状态，其中该编码时间状态是基于被编码的信息的值通过应用时间移位来生成的；以及通过量子信道向接收端发送包括编码时间状态的消息，并且基于在接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复该消息。

10、此外，根据本公开，在至少一个初始时间状态和至少一个初始相位状态当中的一些初始时间状态和初始相位状态被用于确定在用于至少一个初始时间状态以及至少一个初始相位状态的量子信道上是否存在窃听。

11、此外，根据本公开，该方法进一步包括，在经典信道上从接收端接收关于被用于确定在量子信道上是否存在窃听的一些初始时间状态和初始相位状态的信息。

12、此外，根据本公开，该方法进一步包括，基于关于一些初始时间状态和初始相位状态的信息，基于量子比特错误率(qber)估计来确定在量子信道上是否存在窃听。

13、此外，根据本公开，该方法进一步包括，根据确定是否存在窃听的结果，基于qber的值等于或大于特定值来请求初始时间状态和初始相位状态的重传。

14、此外，根据本公开，根据确定是否存在窃听的结果，基于qber的值小于特定值来执行特定初始时间状态的选择和编码。

15、此外，根据本公开，在接收(i)至少一个初始时间状态和(ii)至少一个初始相位状态之后，执行时间状态位置信息的接收。

16、此外，根据本发明，生成编码时间状态进一步包括，将被用于确定在后向量子信道上是否存在窃听的随机数添加到该信息中，以及通过对添加了随机数的信息进行编码来生成码字。

17、此外，根据本公开，该方法进一步包括在经典信道上向接收端发送随机信息，该随机信息包括(i)随机数的位置和(ii)关于随机数的值的信息。

18、此外，根据本公开，生成编码时间状态进一步包括通过将时间移位应用于码字来组合特定初始时间状态和码字。

19、此外，根据本公开，基于编码的信息的值将不同的时间移位值应用于编码时间状态。

20、此外，根据本公开，基于预定义的映射表来执行不同时间移位值的应用，并且映射表与在编码的信息的值和时间移位值之间的映射关系相关。

21、此外，根据本公开，特定初始时间状态和编码时间状态通过一个或多个时间仓(time bin)配置，并且基于特定时间状态的维度与编码时间状态的维度相同，构成特定初始时间状态的时间仓的长度等于构成编码时间状态的时间仓的长度。

22、此外，根据本公开，基于特定时间状态的维度与编码时间状态的维度不同，构成编码时间状态的时间仓的长度小于构成特定初始时间状态的时间仓的长度。

23、此外，根据本公开，该方法进一步包括，基于特定时间状态的维度与编码时间状态的维度不同，在生成编码时间状态之前，向接收端发送关于应用于编码时间状态的生成的维度的信息。

24、此外，根据本公开，在量子通信系统中执行用于基于差分时间编译发送消息的量子安全直接通信(qsdc)的发送端包括：发射器，该发射器用于发送无线电信号；接收器，接收器用于接收无线电信号；至少一个处理器；以及至少一个计算机存储器，该至少一个计算机存储器可操作地连接到至少一个处理器，并且存储当由至少一个处理器执行时执行操作的指令，并且该操作包括，在量子信道上从接收端接收(i)至少一个初始时间状态，该至少一个初始时间状态通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上从接收端接收用于选择用于发送到接收端的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息；基于该时间状态位置信息，选择用于编码的特定初始时间状态；基于所选择的特定初始时间状态，通过对信息进行编码来生成编码时间状态；基于被编码的信息的值通过应用时间移位来生成该编码时间状态；以及通过量子信道向接收端发送包括编码时间状态的消息，并且基于接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复该消息。

25、此外，根据本公开，在量子通信系统中接收端基于差分时间编译接收消息的量子安全直接通信(qsdc)方法包括：在量子信道上向发送端发送(i)至少一个初始时间状态，该至少一个初始时间状态通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上向发送端发送用于选择用于由发送端发送的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息，其中基于该时间状态位置信息选择发送端中的用于编码的特定初始时间状态；从发送端接收消息，该消息包括基于根据特定初始时间状态编码的信息的值通过应用时间移位生成的编码时间状态；以及基于接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复信息。

26、此外，根据本公开，在量子通信系统中执行用于基于差分时间编译接收消息的量子安全直接通信(qsdc)的接收端包括：发射器，该发射器用于发送无线电信号；接收器，该接收器用于接收无线电信号；至少一个处理器；以及至少一个计算机存储器，该至少一个计算机存储器可操作地连接到至少一个处理器，并且存储当由至少一个处理器执行时执行操作的指令，并且该操作包括在量子信道上向发送端发送(i)至少一个初始时间状态，该至少一个初始时间状态通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上向发送端发送用于选择用于由发送端发送的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息，其中基于该时间状态位置信息，选择发送端中的用于编码的特定初始时间状态；从发送端接收消息，该消息包括基于根据特定初始时间状态编码的信息的值通过应用时间移位生成的编码时间状态；以及基于接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复信息。

27、此外，根据本公开，在一种存储一个或多个指令的非暂时性计算机可读介质(crm)中，可由一个或多个处理器执行的一个或多个指令控制发送端以在量子信道上从接收端接收(i)至少一个初始时间状态，该至少一个初始时间状态通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上从接收端接收用于选择用于发送到接收端的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息；基于该时间状态位置信息，选择用于编码的特定初始时间状态；基于所选择的特定初始时间状态，通过对信息进行编码来生成编码时间状态，其中基于被编码的信息的值通过应用时间移位来生成该编码时间状态；以及通过量子信道向接收端发送包括编码时间状态的消息，并且基于接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复该消息。

28、此外，根据本公开，一种装置包括：一个或多个存储器以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器功能性地连接到一个或多个存储器，并且一个或多个处理器控制该装置以在量子信道上从接收端接收(i)至少一个初始时间状态，其通过包括等于接收端的单光子检测器的死区时间的时间间隔来配置，以及(ii)至少一个初始相位状态；在经典信道上从接收端接收用于选择用于发送到接收端的信息的编码的特定初始时间状态的时间状态位置信息；基于该时间状态位置信息，选择用于编码的特定初始时间状态；基于所选择的特定初始时间状态，通过对信息进行编码来生成编码时间状态，其中基于被编码的信息的值通过应用时间移位来生成该编码时间状态；以及通过量子信道向接收端发送包括编码时间状态的消息，并且基于接收端中存储的关于至少一个初始时间状态的信息与关于编码时间状态的信息之间的时间差来恢复该消息。

29、有益效果

30、根据本公开，存在能够在量子通信系统中执行量子安全直接通信的效果。

31、此外，根据本公开，存在能够通过基于单光子发送2个或更多个比特的经典信息来改进量子通信系统中的数据速率的效果。

32、此外，根据本公开，存在能够在量子通信系统中基于单光子来发送2个或更多个比特的经典信息同时没有信息丢失的效果。

33、此外，存在通过考虑量子通信系统中接收端的单个光子检测器中的死区时间来配置用于信息传输的初始状态以最小化接收端中的信息丢失的效果。

34、在本公开中能够获得的优点不限于前述效果，并且本领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解其他未提及的效果。