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量子安全通讯与量子态的基本性质理论研究

蔡庆宇  
【摘要】: 量子信息利用量子力学的基本原理结合经典信息的性质对信息进行表示和处理。量子计算强大的处理能力以及量子安全通讯的绝对安全性,激发了研究者极大的兴趣。量子安全通讯也是量子信息领域目前被认为最有可能率先实用化的方向之一。然而,早期的量子密钥分配协议,并没有充分利用量子力学的优点。因此,深入研究和探讨量子安全通讯的理论,是量子安全通讯实用化的迫切需要。虽然量子计算的强大处理能力给我们描绘了一幅宏伟蓝图,但是关于量子计算的一些基本性质,如信息的制备、操纵、存储与擦除,都需要深入的研究。本文对量子安全通讯理论和量子态的一些基本性质进行了深入的探讨,具体内容如下: 1.提出了一种利用单光子混合态进行直接的量子安全通讯的协议。该协议属于首次使用单光子作为载体允许信息不经加密而直接发送给接收者。我们给出了相应的安全性证明,并且对该协议的实验可行性进行了论证。 2.对ping-pong协议进行了深入的研究。首次指出了无窃听攻击对量子安全通讯的影响,提出了一种利用拒绝服务攻击对ping-pong协议进行攻击的方案。把密集编码原理应用到ping-pong协议中,在不增加通讯者工作量的前提下,把ping-pong协议的信道容量提高了一倍。并且给出了安全性证明。给出了一种简单的针对ping-pong协议的窃听方案。考虑了量子道噪声对ping-pong协议影响,给出了ping-pong协议的密钥分配方案。并且计算出了量子道噪声的上限。 3.研究了拒绝服务攻击对量子安全通讯的影响,指出量子非局域性可以保护量子安全通讯避免遭受到拒绝服务的攻击。提出了一种利用量子非局域性的直接的量子安全通讯协议,真正意义上实现了一次性便笺密钥。利用量子的非局域性,结合目前的实验技术,可以避免窃听者的拒绝服务攻击。同时,利用量子的非局域性,提出了一种多人同时通讯的协议。 4.研究了量子系统可获得信息与量子操作的关系,以及量子寄存器中信息的存储、擦除与恢复。研究的结果表明,可获得的信息在任何的量子操作下,都不会增加。量子系统的可获得信息的减少,是限制量子精确操


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