量子隐形传态和量子信息拆分协议的研究

论文摘要

量子密码是一种将量子力学原理与现代密码学思想融合在一起实现信息加密的新型密码体制。与经典密码相比,量子密码具有可证明安全性（甚至无条件安全性）和对扰动的可检测性两大典型优势。因此,量子密码具有得天独厚的优势并逐渐成为密码新技术中的一个重要研究分支。实验和研究表明,量子密码很可能发展为下一代密码技术的重要力量。本论文主要研究了量子密码协议的设计与分析,包括量子隐形传态、量子信息分拆和量子纠缠交换等,具体如下：在协议设计方面,我们主要提出了两种信息拆分协议。1.任意N粒子态（其中N是自然数）的量子信息拆分,该协议利用了由一个三粒子GHZ-like纠缠态和（N-1）个EPR对直积复合而成的量子态作为量子通信载体,这个量子信息拆分协议能够通过执行一些列Bell态测量、单粒子测量和局域酉操作来实施。同时我们的协议是高效的、经济的、可行的。2.利用广义的七量子比特Brown态作为量子通信载体,我们分别成功地设计及了任意一、二、三量子比特态的量子隐形传态和量子信息拆分协议。对提出的不同量子信息拆分方案作全面性分析,我们从资源节省角度考虑提出了一个准则：发送方与控制方间粒子“几乎平均分配”准则。该准则可以用来判断众多协议中的最优者。最后,我们提出了一个猜想：利用广义（2N+1）粒子Brown态作为量子通信载体来完成任意N-粒子态的量子信息拆分协议。在安全性分析方面,我们仅分析第一个协议,第二个协议类似。我们的协议分别对外部窃听攻击和内部参与者攻击是安全的。这种分析方法还可以应用于其它类似的协议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文结构及主要研究结果
• 第2章 量子密码基础知识
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 Hilbert空间和量子态
• 2.1.2 完备正交基
• 2.1.3 量子比特及纠缠态
• 2.1.4 算子
• 2.1.5 量子纠缠交换
• 2.2 基本原理
• 2.2.1 测不准原理
• 2.2.2 量子不可克隆定理
• 2.2.3 非正交量子态不可区分定理
• 2.3 量子隐形传态和量子信息拆分协议举例
• 2.3.1 BBCJPW93量子隐形传态协议
• 2.3.2 KB98量子信息拆分协议
• 第3章 经由GHZ-like纠缠态的量子信息拆分
• 3.1 GHZ-like纠缠态的物理制备过程
• 3.2 任意单量子比特态的信息拆分
• 3.3 任意两量子比特态的信息拆分
• 3.4 任意N-量子比特态的信息拆分
• 3.5 本章小结
• 第4章 经由七量子比特Brown态的量子隐形传态和信息拆分
• 4.1 任意单量子比特态的隐形传态和信息拆分
• 4.1.1 任意单量子比特态的隐形传态
• 4.1.2 任意单量子比特态的信息拆分
• 4.2 任意两量子比特态的隐形传态和信息拆分
• 4.2.1 任意两量子比特态的隐形传态
• 4.2.2 任意两量子比特态的信息拆分
• 4.3 任意三量子比特态的隐形传态和信息拆分
• 4.3.1 任意三量子比特态的隐形传态
• 4.3.2 任意三量子比特态的信息拆分
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 致谢