量子密钥分配及量子机密共享的理论研究

论文摘要

量子通信是量子信息学中重要的一个研究方向，近二十年来得到了飞速的发展，为保密通信系统提供了一种新的思路和方法。量子密钥分配和量子机密共享便是其中重要的两个研究方向，在理论以及实验上都取得了重要的进展，具有广泛的应用前景。本论文主要涉及了量子通信的两个方面：量子密钥分配和量子机密共享。在量子密钥分配方面，我们提出了两种理论方案。第一种方案是六态测量基加密量子密钥分配方案。该方案通过测量基加密技术使得通信双方对同一个光子进行操作时，所使用的测量基是相同的，因此提高了量子资源的利用率，同时还具有很高的安全性。第二种方案是十二态量子密钥分配方案。在该方案中，由于使用了四态量子系统中的三组互相共轭的测量基，因此可在一个粒子上编码两比特的经典信息，从而提高了粒子的编码效率，增大了信道的容量。由于该方案还使用了测量基加密技术，因此粒子的使用率得到很大提高，节约了量子资源。同时，该方案对于窃听者的窃听行为更为敏感，因此安全性也得到了提高。在量子机密共享方面，我们提出了两种方案。第一种是基于EPR对的高维多方量子机密共享方案。在该方案中，除Bob外的其他参与者都无须存储光子，因此节约了量子存储空间；另外，该方案只需一个编码操作就可将log2d2比特的经典信息编码到一个粒子上，从而在提高一个量子位上编码容量的同时也提高了光子的利用率和传输效率。第二种是基于量子纠缠转换的多方量子机密共享方案。该方案可利用四个局域么正操作将N位的经典信息分发给N个合作者，因此具有更高的信道容量；而且由于无须在各个合作者之间建立量子信道，因此只需使用较少的物理资源。同时，该方案还可将一个未知的任意N位量子态与N个合作者共享，从而不仅可以在N个合作者之间共享经典信息，还可以共享量子信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 经典信息系统及其安全性
• 1.2 量子通信及其研究进展
• 第2章 信息理论基础
• 2.1 经典信息理论
• 2.1.1 经典通信系统
• 2.1.2 信息以及自信息量、条件自信息量
• 2.1.3 信息熵和条件熵
• 2.1.4 互信息
• 2.2 量子信息理论
• 2.2.1 量子力学基本原理
• 2.2.1.1 量子态叠加原理
• 2.2.1.2 海森堡不确定关系
• 2.2.1.3 量子非克隆定理
• 2.2.2 量子位
• 2.2.3 量子纠缠
• 2.2.4 量子纠缠转换
• 第3章 量子密钥分配及量子机密共享
• 3.1 量子密钥分配
• 3.1.1 BB84量子密钥分配方案
• 3.1.2 B92量子密钥分配方案
• 3.1.3 六态量子密钥分配方案
• 3.1.4 MBE量子密钥分配方案
• 3.1.5 三态体系量子密钥分配方案
• 3.2 量子机密共享
• 第4章 新的量子密钥分配方案
• 4.1 六态测量基加密量子密钥分配方案
• 4.1.1 六态测量基加密量子密钥分配方案的背景
• 4.1.2 六态测量基加密量子密钥分配方案的基本原理
• 4.1.3 六态测量基加密量子密钥分配方案的实现步骤
• 4.1.4 MBE-SSP的安全性分析
• 4.1.4.1 一般的分析
• 4.1.4.2 Shor-Preskill方式安全性证明
• 4.1.5 本方案的优缺点
• 4.2 基于十二态的量子密钥分配方案
• 4.2.1 基于十二态的量子密钥分配方案的背景
• 4.2.2 基于十二态的量子密钥分配方案的基本原理
• 4.2.3 十二态量子密钥分配方案
• 4.2.3.1 十二态量子密钥分配方案的基本原理
• 4.2.3.2 十二态量子密钥分配方案的实现步骤
• 4.2.3.3 十二态量子密钥分配方案的安全性分析
• 4.2.3.4 十二态量子密钥分配方案的优缺点
• 4.2.4 十二态测量基加密量子密钥分配方案
• 4.2.4.1 十二态测量基加密量子密钥分配方案的实现步骤
• 4.2.4.2 十二态测量基加密量子密钥分配方案的安全性分析
• 4.2.4.3 十二态测量基加密量子密钥分配方案的优缺点
• 第5章 新的量子机密共享方案
• 5.1 基于EPR对的高维多方量子机密共享方案
• 5.1.1 基于EPR对的高维多方量子机密共享方案的背景
• 5.1.2 基于EPR对的高维多方量子机密共享方案的物理原理
• 5.1.2.1 二维三方QSS方案
• 5.1.2.2 高维多方QSS方案
• 5.1.3 基于EPR对的高维多方QSS方案的安全性分析
• 5.1.4 基于EPR对的高维多方QSS方案的优缺点
• 5.2 基于纠缠转换的多方量子机密共享方案
• 5.2.1 基于纠缠转换的多方量子机密共享方案的背景
• 5.2.2 基于纠缠转换的多方量子机密共享方案的基本原理
• 5.2.2.1 两个合作者的MQSS方案
• 5.2.2.2 N个合作者的MQSS方案
• 5.2.2.3 N个合作者中共享未知的任意N量子比特态的MQSS方案
• 5.2.3 基于纠缠转换的多方量子机密共享方案的安全性分析
• 5.2.4 基于纠缠转换的多方量子机密共享方案的优缺点
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果