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专利号: 2019107862581
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述基于量子行走的量子秘密共享方法包括以下步骤:步骤一,秘密分发者根据秘密信息编码拆分规则将分享的秘密信息编码为量子态;编码粒子拆分,在秘密信息编码拆分阶段,秘密分发者生成一串n比特的随机二进制序列L;然后根据L将n比特的原始信息M编码为两粒子比特串{|b1c1>,|b2c2>,|b3c3>...|bncn>};

步骤二,线性量子行走系统将两条加密信息分别隐形传态给第一参与者和第二参与者;

步骤三,在进行窃听检测后,第一参与者和第二参与者根据秘密分发者公布的结果测量手中的粒子串,完成隐形传态;

步骤四,第一参与者和第二参与者通过合作解密秘密分发者的秘密信息。

2.如权利要求1所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述步骤二中线性量子行走系统将两条加密信息分别隐形传态给第一参与者和第二参与者具体包括:线性量子行走系统发生在一个复合的希尔伯特空间中,由两个量子空间组成,分别是位置空间和硬币空间,表示为:其中,Hp表示位置跨度{n,n∈Z},Hc表示线性量子行走系统的硬币方向{|0>,|1>},线性量子行走系统中总量子系统描述为:其中 S称为移位运算符,表示为S=∑n|n+1>

作符;当硬币操作符为|0>态时,硬币从状态|n>移动到状态|n+1>;当硬币操作符为|1>态时,硬币向后移动到状态|n-1〉。

3.如权利要求1所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述步骤三在进行窃听检测后,两步量子行走的隐形传态系统选择以两个硬币为基础的量子行走系统,选择合适的初始态和匹配的测量基在第一参与者与秘密分发者之间和第二参与者与秘密分发者之间隐形传态任何未知量子比特。

4.如权利要求3所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述两步量子行走的隐形传态系统的秘密分发者为第一参与者隐形传态未知量子比特 其中|α|2+|β|2=1,完成隐形传态,秘密分发者准备A1和Ap两个粒子,A1是秘密分发者想要隐形传态的未知量子比特,也被记为coin1,Ap的粒子态是位置空间的态;第一参与者准备粒子B,也被记为coin2;Ap和B的初始态都为|0>;经过两步量子行走,粒子A1能完成与粒子B间的隐形传态;

所述两步量子行走的量子行走描述为:

其中,

式中,C1表示coin1-A1的操作符,协议选择I操作作为操作符;

所述所述两步量子行走的量子行走表述为:

其中:

式中,H表示对coin2-B粒子执行Hadamard操作当B粒子的初始态为|0>态时,操作符也能被I操作替换当B粒子的初始态为|+>态时。

5.如权利要求4所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述两步量子行走的隐形传态系统具体包括:首先,第一参与者用X基测量A1粒子,测量结果记为λ1(|+>和|->分别记为1和-1);第一参与者用Q基测量Ap粒子,其中,|Q>={|-2'>,|-1>,|0> ,|1>,|2'>},测量结果记为λ2(|-2'>,|0〉,|2'〉分别记为-1,0,

1);

然后,第一参与者将测量结果λ1和λ2告知第一参与者,第一参与者根据λ1和λ2对B粒子做出相应的Pauli恢复操作,完成关于A1粒子的隐形传态。

6.如权利要求1所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述基于量子行走的量子秘密共享方法具体包括:第一步,粒子准备阶段,秘密发布者,第一参与者,第二参与者准备一些粒子用于量子行走系统的隐形传态;秘密发布者准备粒子串Ap用于量子行走系统的隐形传态,其中Ap=|

010203...0n>;第一参与者准备初始态为|0>粒子串Bp用于完成与秘密发布者的子秘密信息的隐形传态,其中Bp=|010203...0n>;第二参与者和第一参与者一样,准备初始态为|0>粒子串Cp用于完成与秘密发布者的子秘密信息的隐形传态,其中Cp=|010203...0n>;

第二步,秘密信息编码阶段,秘密发布者生成一串n比特的二进制随机序列L,然后秘密发布者根据编码规则使用L生成n比特原始信息M的两粒子比特串{|b1c1>,|b2c2>,|b3c3>...|bncn>};当秘密发布者生成两粒子比特串|bc>之后,秘密发布者按序抽取|b>粒子生成B=|b1b2b3...bn>,按序抽取|c>粒子生成C=|c1c2c3...cn>;秘密信息的编码完成;

第三步,秘密信息分发阶段,秘密发布者通过量子行走系统,将M的子秘密信息B隐形传态给第一参与者,子秘密信息C隐形传态给第二参与者;

第四步,秘密信息恢复。

7.如权利要求6所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述第三步的秘密信息分发阶段具体包括:(1)秘密发布者随机的在B中插入k比特的诱骗粒子用于窃听检测;通过之前介绍的量子行走系统,秘密发布者将插入诱骗粒子的信息BK隐形传态给第一参与者,其中BK={b1,b2,b3...bn+k};以bi粒子的隐形传态为例;秘密发布者已经准备了初始态为|0>的粒子Api用于量子行走系统的隐形传态,秘密发布者将bi作为量子行走系统中需要被隐形传态的粒子,其中bi=α|0>+β|1〉,|α|2+|β|2=1;第一参与者已在粒子准备阶段准备了量子比特串Bp,第一参与者将粒子Bpi作为量子行走系统中的接收粒子,Bpi处于|0〉态;整个量子行走系统的初始状态写为:经过量子行走W1之后,整个系统态变为:

|Φ>(1)=(α|100>+β|-110〉)p12;

经过量子行走W2之后,整个系统态变为:

|Φ>(2)=(α|200>+α|001>+β|010>+β|-211>)p12;

(2)秘密发布者用X基测量bi,测量结果|+>和|->分别被记为1和-1;秘密发布者继续用Q基|Q>={|-2'>,|-1>,|0>,|1>,|2'>}测量Api;其中, 测量结果|-2'>、|0>、|2'>分别被记为-1、0、1;X基和Q基的测量结果序列分别表示为λ1序列和λ2序列;

(3)秘密发布者将λ1序列和λ2序列公布给第一参与者,第一参与者结合编码规则,对粒子Bp做Pauli恢复操作来获得目标态;第一参与者完成来自于秘密发布者的未知粒子的隐形传态,Bpi粒子的态转化为了BKi粒子的态;

(4)在第一参与者声称收到所有粒子后,秘密发布者开始进行窃听检测;秘密发布者宣布诱饵粒子的位置和测量基,第一参与者选择合适的测量基来测量每个诱饵粒子,秘密发布者根据第一参与者的测量结果,秘密发布者评估粒子传输过程中的错误率;如果错误率超过指定的阈值ε,则终止该通信,然后从头开始重复该方案,直到错误率接受为止;否则,秘密发布者继续进行秘密信息分发;

(5)第一参与者丢弃粒子串Bp中的k比特诱骗粒子获得n比特量子秘密信息Mb;

(6)秘密发布者同样使用量子行走系统将加入k比特诱骗粒子的子秘密信息CK隐形传态给第二参与者,秘密发布者分别用γ1和γ2表示测量基X和Q的测量结果序列;

(7)秘密发布者将γ1序列和γ2序列公布给第二参与者,第二参与者结合编码规则;对粒子Cp做Pauli恢复操作来获得目标态;第二参与者完成来自于秘密发布者的未知粒子的隐形传态,Cpi粒子的态转化为CKi粒子的态;

(8)在第二参与者声称收到所有粒子后,秘密发布者开始进行窃听检测;秘密发布者宣布诱饵粒子的位置和测量基,第二参与者选择合适的测量基来测量每个诱饵粒子,秘密发布者根据第二参与者的测量结果,评估粒子传输过程中的错误率;如果错误率超过指定的阈值ε,则终止第二参与者与秘密发布者通信,秘密发布者从头开始重复;

(9)第二参与者丢弃粒子串Cp中的k比特诱骗粒子获得n比特量子秘密信息Mc;此时,秘密发布者通过量子行走系统完成她与第一参与者、第二参与者的子秘密信息的隐形传态。

8.如权利要求6所述的基于量子行走的量子秘密共享方法,其特征在于,所述第四步秘密信息恢复阶段具体包括:(1)第一参与者手中有未知量子比特串Mb,第二参与者手中有未知量子比特串Mc;秘密发布者向第一参与者和第二参与者公布决定两个粒子串测量基的字符串L;

(2)第一参与者和第二参与者根据字符串L选择测量基Z或X测量手中的每个量子比特,在L的位值为0的情况下采用Z基测量,在L的位值是1情况下采用X基测量;Mb和Mc的测量结果分别表示为Rb和Rc;

(3)第一参与者和第二参与者通过合作,根据Mb XOR Mc恢复出秘密发布者的原始秘密信息M。

9.一种实施权利要求1~8任意一项所述基于量子行走的量子秘密共享方法的量子通信控制系统。

10.一种实施权利要求1~8任意一项所述基于量子行走的量子秘密共享方法的量子秘密共享系统。