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多粒子量子纠缠态在密码协议中的应用

张昭  
【摘要】:与传统的经典密码相比较,量子密码的安全性基于量子力学基本原理,并不需要假设攻击者的计算能力。量子密码协议作为量子密码理论的一个重要分支,已经在不同的应用背景下快速地发展起来,而且一些代表性协议在实验方面也取得了重大的进展。 利用三光子GHZ态(Greenberger-Horne-Zeilinger)的量子关联性,提出一个基于量子第三方的隐私查询协议。协议对于信道损耗具有很高的容忍度,并且能够有效地抵抗第三方发动伪造量子纠缠态和量子记忆存储攻击。在第三方的帮助下,协议能够确定地控制用户获得数据库隐私信息的数量。同时,利用Mermin型Bell不等式进行真正的三方纠缠验证保证协议的安全性,这一思想也拓展了设备无关纠缠验证的应用领域。最后,为了使隐私查询协议更易于实验实现,本文还提出一个基于Bell态的等价协议。 利用W态和Bell态组成的奇数粒子复合量子态,提出任意单量子和两量子比特隐形传态、稠密编码和量子秘密共享协议。对于量子隐形传态,给出了发送方的测量基和接收方恢复信息需要的酉变换;对于稠密编码,协议需要传输三个量子比特,就能够实现五个经典比特信息的传输,达到了"Holevo"界。 利用四粒子部分纠缠Cluster态作为量子信道,实现任意三粒子GHZ态的概率隐形传态。协议中使用两种恢复GHZ态的方法:一是利用联合幺正变换;二是利用最一般的物理测量方法——POVM测量(Positive Operator-Valued Measure)。最后,通过计算得出两种恢复GHZ态方法的成功总概率相等。并且对Cluster态的研究,为探索四粒子纠缠态的性质提供了特例。


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