基于连续变量受多方控制的量子对话协议的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息安全技术领域，特别涉及连续变量量子对话协议。
【背景技术】
[0002] 随着经典计算机计算能力的增强和量子计算机研宄的不断深入，经典密码系统的 安全性将面临日益严重的威胁。以经典密码学和量子信息学等为基础的量子密码，其无条 件安全性由量子测不准原理和量子不可克隆定理保证，而正是这些基本原理保证了量子密 码在理论上具有无条件安全性，使得量子通信具有良好的性能和应用前景。
[0003] 由于量子通信具有无条件安全性，世界各国正不断加大对量子通信理论与技术领 域的科研投入。2004年，BBN公司、哈佛大学和波士顿大学合作实现了世界上第一个量子 通信网络。2006年，日经BP社报道了三菱电机、NBC、东京大学生产研宄所利用两个不同 的量子加密系统开发出一种新型网络，标志着量子密码实用化技术已经初步成熟。从2007 年开始，中国科大、清华大学联合研宄小组在北京八达岭与河北怀来之间架设了长达16km 自由空间量子信道，于2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态，首次证实了在 自由空间进行量子隐形传态的可行性，向全球化量子通信网络的最终实现迈出了重要一 步。2012年奥地利蔡林格小组利用西班牙加纳利群岛的良好环境在大气中传输量子态长达 143km打破了中国此前先后于北京和青海湖创下的16km与97km大气内的传输世界纪录。 2014年1月，我国首个量子通信领域的国家级重大工程一一量子保密通信"京沪干线"技术 验证和应用示范项目一一初步设计方案和概算编制完成，并通过专家评审，这条世界上最 远距离的光纤量子通信干线的光纤距离达到2000km，并已经开建。"京沪干线"不仅将为政 府和金融机构提供最高安全等级的通信保障，也将成为检验量子物理基本原理和测试、应 用新技术的试验床。
[0004] 目前，量子通信主要包括量子密钥分配（Quantumkeydistribution,QKD)、量子 安全直接通信（Quantumsecuredirectcommunication,QSDC)、量子秘密共享（Quantum secretsharing,QSS)、量子身份认证以及量子数字签名等。随着量子通信理论与技术的不 断发展，QSDC已成为量子通信的一个重要分支，它是一种不同于QKD的新型量子通信方式。 QSDC是通信双方以量子态作为信息载体，在量子信道中直接传递秘密信息，不需事先建立 共享密钥。QSDC的显著优点为：（1)接收者收到粒子后能直接通过测量接收粒子得到发送 者编码的秘密信息；（2)量子信道中可能存在的窃听者无法获得秘密信息却不被合法通信 者发现。对于QSDC直接传输秘密信息而言，信号的丢失意味着信息泄露，因此必须采用更 安全的方式进行信息传输。QSDC主要采用了块传输和分步传输的方式，在确认量子信道安 全后才传送信息载体量子态或者进行信息编码操作，从而避免信息泄露。QSDC的安全性一 般是基于量子不可克隆定理、量子测不准原理以及量子纠缠的非定域关联性等。自2000年 提出QSDC协议以来，量子安全直接通信得到了迅速的发展。QSDC在社会生活的许多方面都 有望发挥不可估量的作用，尤其在紧急情况下，如军事领域和商业领域中，一条及时准确的 秘密信息利益攸关。
[0005] 量子对话（Quantumdialogue，QD)是双向的量子安全直接通信，具有量子安全直 接通信的特性。量子对话协议自提出以来便由于其具有即时性、通信双方可同时交换彼此 的秘密信息、不需要事先共享密钥、容易存在信息泄露等特点激发了人们的巨大兴趣。自 2004年第一个量子对话协议被提出以来，量子对话协议受到研宄者的高度重视，已提出的 量子对话协议主要基于纠缠光子对或单光子等离散变量量子态，导致量子对话协议在现有 条件下存在实现困难、传输效率不高等问题，基于连续变量量子态的量子通信能很好地解 决这些问题。另一方面，随着量子通信技术的发展，各式各样的量子对话协议不断被提出， 量子对话这一通信技术正从理论向应用过渡，以往的受单方控制的量子对话方案在多方量 子网络通信中并不适用。因此，迫切需要对受多方控制的量子对话协议进行深入研宄。
[0006] 现有的几种量子对话协议在不同侧面为后续研宄提供了重要的启示。但是量子对 话协议中涉及的诸多问题尚未解决，例如：离散变量量子通信所需要的理想单光子源和单 光子探测器仍然很难实现；单光子在信道中传输，容易被环境吸收或者受到干扰，传输效率 和传输距离有限；受单方控制的量子对话协议难以满足未来多方量子网络通信的需要。为 了保持量子对话协议的优越性，提出了基于连续变量受多方控制的量子对话协议，在保证 量子对话具有无条件安全的同时，还具有连续变量量子通信易于物理实现、传输效率高和 抗噪声性能强等优点，另外受多方控制的实现机制能够满足未来多方量子网络通信的实际 需求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的之一是将连续变量引入量子对话协议中，在现有情况下连续变量具 有的易于物理实现、传输效率高和抗噪声性能强等优点，为量子对话协议的实现及现实应 用提供依据。
[0008] 考虑到量子对话的实用性，本发明的另一个目的是将m(meN#)个控制方引入到 量子对话协议中，这样才能满足未来多方量子网络通信的实际需求。
[0009] 本发明的目的之三是提出一个基于连续变量受多方控制的量子对话协议，作为一 种新的量子对话协议模型，该方案具有量子通信特有的无条件安全性，同时还具有以往基 于离散变量量子对话模型和受单方控制的量子对话模型所不具备的优点，如：易于物理实 现、传输效率高、抗噪声性能强和满足未来多方量子网络通信需求等。该发明应能在量子通 信中发挥其独特作用。
[0010] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0011] (1)本发明的技术方案：在协议开始前，Alice和Bob共享一套编码规则（图1)，通 信双方将所要发送的离散信息按照一定的编码规则进行区间划分（LDPC码或Turbo码），产 生位平移算符。Alice通过非简并光学参量放大（NOPA)过程制备一类连续变量量子态一一 双模压缩真空态。通信双方通过平移操作将自己的秘密信息编码到纠缠光学模上，每一个 控制方均对自己接收到的纠缠光学模进行相应的平移操作，通信双方只有在得到所有控制 方的同意之后，才能得到对方的秘密信息，如果有一个控制方不同意此次通信，通信双方将 得不到对方的秘密信息。
[0012] (2)本发明所述的量子对话过程:Alice通过平移操作将自己的秘密信息编码到