基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于x态的量子并行多方可控稠密编码方法，步骤包括：发送者发起通信要求，资源调度方制备获得四粒子最大纠缠x态作为量子信令；调度方对粒子进行幺正操作，引入辅助粒子，实施控制非变换操作得到新的系统状态；调度方将相关粒子分发给发送方、接收方和授权节点；发送方对获得的粒子进行幺正变换，完成信息编码，再将编码后的粒子发送给接收方；对接收方进行身份认证，如果接收方通过身份认证，授权方对粒子进行测量，将测量结果发送给接收方进行联合测量，结合控制方的结果来得到发送方的真实信息，实现解码，否则控制方拒绝合作，无法解码。本发明编码效率高、容量大、安全性高，且可扩展性好，可用于量子移动通信的信令系统。
【专利说明】基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种量子稠密编码技术，具体涉及一种基于X态的量子并行多方可控 稠密编码方法。
【背景技术】
[0002] 量子通信技术建立在"测不准原理"和"不可克隆定理"上，相比于经典通信技术， 量子通信技术具有更高的安全性，美国、欧盟、日本及我国科研机构都对量子通信项目进行 了深入研究。量子稠密编码技术作为量子通信的一个重要研究分支，即通过特定的量子态 操作和编码处理，使一个量子位携带多位经典信息，从而提高信息容量，量子稠密编码技 术在提高量子信息传送效率上起到关键作用。
[0003] 自1993年出现基于量子纠缠的第一个量子远程传态的实验方案以来，量子通信 业已成为前沿信息技术发展最迅速的研究领域，但是目前的进展主要集中基于点与点之间 的通信行为。在研究过程中，人们发现，如果在量子通信过程设置可信任的控制方，可极大 提高量子通信传输过程的安全性，因而需要基于已有无监控的点对点通信，扩展到有多个 授权方参与的联合监控模式下，这也为量子网络安全通信在金融和国防领域发挥重要作用 奠定基础。
[0004] X态作为量子通信中的重要纠缠资源之一，具有与GHZ态和W态完全不同的纠缠性 质和很好的稳定性；当前实验物理学家借助于离子阱技术或者量子电动力学系统，已经成 功地制备出X态，被视为量子通信中的潜在的重要纠缠资源之一。因此，将X态和稠密编码 方法结合起来实现多个授权方联合监控下的高容量通信行为就显得很有必要。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的是提供一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，利用 X态的稳定性，并融合多方可控技术，提高通信系统的效率、稳定性和安全性。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于X态的量子并行多方 可控稠密编码方法，包括如下步骤： (1) 发送者利用经典通信网络向网络中心资源调度方发起通信要求，并给出授权方与 接收方地址信息； (2) 网络中心资源调度方制备四粒子最大纠缠 X态 ，并对其进行相应的酉变换，随后根据授权方的数量引入相应数量初态为I 〇>的 辅助粒子C3, C4, . . .，Cn，实施控制非变换，得到多粒子纠缠态，调度方对所持 有的粒子进行分配，将粒子A分配给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将粒子C1, C2, ···, Cn 分配给各个授权方 Charlie1, Charlie；^··，CharlieN ; (3) 发送方Alice根据要发送的信息对自己手中的粒子A进行么正操作，完成信息编 码，且将自己手中的粒子A传送给接收方Bob ; (4) 接收方与授权方进行身份认证，如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分 别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝 测量和告知结果； (5) 接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合所有授 权方的测量信息，解码恢复获得Alice传送的真实消息。
[0007] 上述技术方案中，所述步骤（2)中采用离子阱技术或者量子电动力学系统制备四 粒子最大纠缠 X态。
[0008] 上述技术方案中，所述步骤（2)中的四粒子最大纠缠 X态，其量子态表达 式为：
【权利要求】
1. 一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 发送者利用经典通信网络向网络中心资源调度方发起通信要求，并给出授权方与 接收方地址信息； (2) 网络中心资源调度方制备四粒子最大纠缠 X态 IfILaqqi，并对其进行相应的酉变换，随后根据授权方的数量引入相应数量初态为I 〇>的 辅助粒子c3, c4,...，cN，实施控制非变换，得到多粒子纠缠态，调度方对所持 有的粒子进行分配，将粒子A分配给发送方Alice，将粒子B发送给接收方Bob，将粒子C1, C2, ···, Cn 分配给各个授权方 Charlie1, Charlie；^··，CharlieN ; (3) 发送方Alice根据要发送的信息对自己手中的粒子A进行么正操作，完成信息编 码，且将自己手中的粒子A传送给接收方Bob ; (4) 接收方与授权方进行身份认证，如果接收方通过授权方的身份认证，相应授权方分 别对自己手中的粒子进行测量，通过经典信道将自己的测量结果告知接收方Bob，否则拒绝 测量和告知结果； (5) 接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结合所有授 权方的测量信息，解码恢复获得Alice传送的真实消息。
2. 根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在 于：所述步骤（2)中采用离子阱技术制备四粒子最大纠缠 X态。
3. 根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在 于：所述步骤（2)中采用量子电动力学系统制备四粒子最大纠缠 X态。
4. 根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在 于：所述步骤（2)中的四粒子最大纠缠 X态，其量子态表达式为：
其中，在离子阱技术或者量子电动力学系统中，|〇>表示原子或者离子的基态，11>表 示原子或者离子的激发态； 将其表达式重组为：
接着，资源调度方对上述重组后的X态进行酉操作使之成为如下量子态：
其中酉操作矩阵t/可表示为：
在变为状态后，资源调度方根据实际控制方的数量/Viw入引入个初态为 〇>的辅助粒子c3, C4, ...，Cn，并对其进行CNOT操作，其中，C1或C2为控制粒子，C 3. .. Cn为 目标粒子， OTOT= |00}{00|+|01}{01|+|11)(10|+|10)(11|, 忽略掉全局因子，从而获得如下量子状态：
5.根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在 于：所述步骤（3)中发送方Alice将自己手中的粒子A进行么正操作，从而实现传送一个量 子比特携带两位经典比特信息，利用4个么正操作分别进行编码，其中编码信息与么正操 作的对应关系如下：4)编码为〇〇, 4编码为〇1，^编码为1〇,各编码为Il ; 幺正操作的集合为：
① 当编码信息为〇〇时候，系统状态为：
② 当编码信息为01时候，系统状态为：
③ 当编码信息为10时候，系统状态为：
④ 当编码信息为11时候，系统状态为：
根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在于： 所述步骤（4)中如果控制方同意此次通讯，则对自己手中的粒子进行Hadamard变换，
(对和为分别包含有偶数个1和奇数个1的O和1构成的序列，再以{}为基底 进行测量，向Bob告知测量结果。
6.根据权利要求1所述的一种基于X态的量子并行多方可控稠密编码方法，其特征在 于：所述步骤（5)接收方Bob对自己手中的粒子A和B进行联合测量，测得结果后，Bob结 合授权方的测量信息，解码恢复得到Alice传送的真实消息，所描述的联合测量，其联合测 量基为Bell测量基的任一种，其解码的规则为：如果授权方所得的1的个数为偶数个时，则 对应的规则为丨病。>4〇〇,|4>4〗；如果授权方所得的1的个数为奇数 个时，则对应的解码规则为I也〉-^0〗柄I) |^〇〉HI冉，其中
【文档编号】H04L9/08GK104393957SQ201410695870
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】姜敏, 魏玉震, 薛礼鹏, 丁梦晓 申请人:苏州大学