量子通信若干理論方案設(shè)計.pdf

1、量子信息技術(shù)是量子力學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物,它可以解決許多經(jīng)典信息論所不能夠完成的問題。量子通信是以量子態(tài)作為信息單元來實現(xiàn)信息的有效傳送。它是量子信息學(xué)的重要分支也是量子信息學(xué)中研究較早的領(lǐng)域。自從BB84量子密鑰分配方案以來,量子通信無論在理論上還是在實驗上都取得了大量的研究成果,吸引了許多科學(xué)家加入這一研究領(lǐng)域。
　　本碩士論文主要涉及量子通信的四個方面,即量子身份認(rèn)證、量子密鑰分配、量子安全直接通信和直接安全的量子通信。<

2、br>　　基于ping-pong技術(shù)和單光子塊狀傳輸,我們提出了一個單向量子身份認(rèn)證方案。在該方案中,認(rèn)證雙方事先共享一個約定好的認(rèn)證密鑰比特串,并把此共享認(rèn)證密鑰比特串作為控制單光子量子態(tài)的制備基和測量基編碼。示證者只需通過對單光子施行相應(yīng)的幺正操作即可表明自己的合法身份。另外,示證者還可通過對單光子施行相應(yīng)的測量來更新認(rèn)證密鑰比特串。本方案的特點是:編碼容量大、安全性高、操作簡單、量子比特的使用效率和通信的總效率都達(dá)到了最大值。

3、r>　　基于糾纏交換和貝爾基測量我們提出了一個量子密鑰分配方案。在該方案中,通信雙方只需各自制備一個Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)光子對,并相互交換每個EPR光子對中的一個光子,通過貝爾基測量和貝爾態(tài)比較即可分享兩比特密鑰信息。與當(dāng)前存在的一些量子密鑰分配方案比較起來,本方案不需要施行任何幺正操作,不需要交流任何額外的經(jīng)典輔助信息,因此,具有操作簡單的優(yōu)點。另外,本方案的量子比特使用效率和通信的總效率都達(dá)到了最

4、大值100％。
　　基于四個特殊的兩比特量子態(tài),我們提出了在集體退相位噪聲信道中適用的兩個理論方案,一個是量子安全直接通信方案,另一個是確定安全的量子通信方案。在這兩個方案中,量子態(tài){|01,|10>,|ψ+,|ψ->}被用來構(gòu)建量子信道。由于處于這些量子態(tài)的光子對中的兩個光子同時通過集體退相位噪聲信道時該光子對的量子態(tài)不會發(fā)生實質(zhì)性變化,因此信道對該光子對的退相位影響可以被完全克服掉。
　　基于四粒子團(tuán)簇態(tài)我們提出了一個確

5、定安全的量子通信方案。該方案操作簡單,只需作一個單粒子幺正操作即可完成兩比特機(jī)密信息的加載,檢測過程使用了假光子檢測技術(shù),盡可能地節(jié)約了糾纏資源。目前,團(tuán)簇態(tài)已經(jīng)在單向量子計算機(jī)上得到了應(yīng)用。也就是說,該方案比較容易在該種量子計算機(jī)上得以實現(xiàn)。
　　通過對Cao-Song確定安全的量子通信方案的研究,我們發(fā)現(xiàn)在噪聲信道中該方案并不安全。當(dāng)信道噪聲引入的量子比特誤碼率超過4.17％時,Eve可以竊取出合法用戶通信中的所有機(jī)密信息,當(dāng)