基于Grover’s算法的多方量子通信协议的设计与分析

【摘要】：量子信息学是一门由量子力学和信息科学相融合而形成的新兴学科,主要由量子通信和量子计算两大部分组成。多方量子通信协议是量子信息学领域的重要内容,与经典通信协议相比,本文中提出的将Grover’s量子算法结合的多方量子通信协议有效解决了经典通信协议在信息传输过程中存在的安全性和效率性等方面的问题。本文重点围绕量子密钥协商和量子安全通信两方面的内容进行了深入研究,了解到量子信息以处于纠缠态的粒子为信息载体,通过对纠缠粒子进行相关幺正操作和相应的基测量,最终可以安全高效的实现量子信息的传输。本论文主要研究成果如下:(1)通过对相关的量子密钥协商协议文献的研究学习,我们设计了基于Grover’s算法的多方量子密钥协商(MQKA)协议。目前利用量子搜索算法设计MQKA还比较少,同时MQKA要求最终密钥必须由所有参与者平等协商。我们的协议利用Bell态作为量子资源,基于Grover’s算法的特点,我们所设计的MQKA协议很好的体现了参与者在密钥协商过程中的公平性和安全性。(2)通过对相关的量子安全通信协议文献的研究学习,我们设计了基于Grover’s算法作为编码函数的受控双向量子安全通信(CBQSC)协议。本协议同样利用Bell态作为量子资源,当量子比特(Qubit)在双量子信道进行传输时,为了避免信息泄漏,我们采用了增加受控非门(CNOT)的方法。通过对协议进行分析,我们发现本协议既能防止信息泄露,又能提高信息传输效率。并且安全性分析表明,Grover算法在构建CBQSC协议中安全性效果显著。