以EPR纠缠光子对为量子信道的量子安全直接通信

论文摘要

量子密码学是近20多年发展起来的一种新型交叉学科,是量子理论,信息科学以及计算机科学相结合的产物。它是以经典密码学和量子力学为基础,利用量子效应实现无条件安全的信息传递的一种新型密码体制。与建立在数学复杂性基础上的传统密码学相比,量子密码学在理论上是绝对安全的,在信息交流日趋频繁的今天具有广阔的应用前景和重大的科学意义.作为量子密码学的一个重要分支,量子安全直接通信不必事先在通信双方建立加密信息的密钥,而是可以直接传送秘密信息.它是量子力学的一个特有现象,在量子信息处理过程中,扮演着极为重要的角色,为信息传输和信息处理提供了新的物理资源,开发和利用这些新资源就构成了量子密码学研究的重要目的.以EPR纠缠对为量子信道,本文设计了如下几个量子安全直接通信方案:1.提出了一种利用纠缠光子对和局域测量的量子安全直接通信协议.在该协议中,携带秘密信息的粒子不必在信道中传送.2.设计了一个基于非正交纠缠光子对和局域测量的量子安全直接通信方案.利用纠缠光子对的非正交性,该方案能抵抗各种有效的拦截重发攻击和纠缠测量攻击.3.针对高损耗信道中,窃听者将窃听行为躲在信道损耗中的攻击方法,设计了一个基于局域测量和一次一密的量子安全直接通信协议.4.深入研究各种编码方案,设计了一个高信道容量的量子安全直接通信协议.

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 引言
• 第一章、量子密码基础
• 1.1 量子比特及其性质
• 1.1.1 量子比特和量子叠加态
• 1.1.2 Heisenberg 测不准原理
• 1.1.3 不可克隆性
• 1.1.4 非正交量子比特的不可区分性
• 1.1.5 量子比特的纠缠性
• 1.2 量子比特变换
• 1.2.1 单比特量子逻辑门
• 1.2.2 多比特量子逻辑门
• 1.3 经典密码学
• 1.3.1 基本概念
• 1.3.2 典型的密码体制
• 1.3.3 密码分析
• 第二章、基于纠缠光子对和局域测量的量子安全直接通信
• 2.1 协议背景
• 2.2 原理和过程
• 2.3 安全性分析
• 第三章、基于非正交纠缠光子对和局域测量的量子安全直接信
• 3.1 协议背景
• 3.2 原理和过程
• 3.3 安全性分析
• 3.4 讨论和概括
• 第四章、基于局域测量和一次一密的量子安全直接通信
• 4.1 协议背景
• 4.2 协议描述
• 4.3 安全性分析
• 4.4 讨论和概括
• 第五章、改进“两步”协议的容量
• 5.1 “两步”量子安全直接通信
• 5.2 改进的“两步”量子安全直接通信
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表和完成的论文