專利名稱：一種基于腔qed的量子隱寫協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息保密通信領(lǐng)域。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于腔QED (quantumelectrodynamics)的量子隱寫協(xié)議，秘密消息通過在腔QED中一個(gè)GHZ態(tài)和一個(gè)Bell態(tài)之間的糾纏交換和Hadamard操作實(shí)現(xiàn)隱秘傳送。
背景技術(shù)：
量子隱寫是經(jīng)典隱寫在量子領(lǐng)域的推廣，是量子通信的一個(gè)新的研究分支。量子隱寫的目標(biāo)在于通過量子隱藏信道實(shí)現(xiàn)秘密消息的隱秘通信。量子隱寫在許多方面有著重要的應(yīng)用，如隱秘通信、量子身份認(rèn)證等，并且最近已經(jīng)開始吸引許多學(xué)者的注意力。在2007 年，Martin [I]提出一種新的基于 BB84 量子密鑰分配(quantum key distribution,QKD)協(xié)議[2]的量子隱寫協(xié)議。Martin的量子隱寫協(xié)議通常被認(rèn)為是第一個(gè)量子隱寫協(xié)議。在2010年，Liao等[3]提出一種基于Guo等的量子秘密共享(quantum secret sharing, QSS)協(xié)議[4]的多方量子隱寫協(xié)議。在2010年，Qu等[5]提出一種新穎的基于改進(jìn)ping-pong協(xié)議(IBF) [6]的大容量量子隱寫協(xié)議。然而，上述量子隱寫協(xié)議或多或少存在一些缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[I]和文獻(xiàn)[3]的隱藏信道的容量都只有I比特每輪隱秘通信，這對于高效的隱秘通信來說是過于小的。盡管文獻(xiàn)[5]的隱藏信道的容量增加到4比特，但是提取秘密消息時(shí)需要進(jìn)行Bell基測量，相比于局部單獨(dú)測量，這顯得相對復(fù)雜?；谝陨戏治觯景l(fā)明致力于改進(jìn)上述量子隱寫協(xié)議的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出一種基于腔QED的量子隱寫協(xié)議。本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議通過在腔QED中一個(gè)GHZ態(tài)和一個(gè)Bell態(tài)之間的糾纏交換和Hadamard操作實(shí)現(xiàn)隱秘傳送秘密消息。本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議解碼2比特秘密消息時(shí)只需要進(jìn)行局部單獨(dú)測量而不需要進(jìn)行聯(lián)合Bell基測量。而且，本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議的隱藏信道的容量可以增加到4比特。因此，由于局部單獨(dú)測量和大隱藏容量，相比于上述量子隱寫協(xié)議，本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議具有優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)[I]K. Martin，IH2007, LNCS, 4567 (2007) 32.[2]C. H. Bennett, G. Brassard, Proc. Int. Conf. on Computers, Systems & SignalProcessing, Bangalore, India, IEEE, New York, 1984, pp 175-179.[3]X. Liao, Q. Y. Wen, Y. Sun, J. Zhang, J. Syst. Software, 83 (2010) 1801.[4]G. P. Guo, G. C. Guo, Phys. Lett. A, 310 (2003) 247.[5] Z. G. Qu, X. B. Chen, X. J. Zhou, X. X. Niu, Y. X. Yang, Opt. Commun.,283(2010)4782.[6]Q. Y. Cai，B. ff. Li, Phys. Rev. A, 69 (2004)054301.[7]C. J. Shan, J. B. Liu, T. Chen, T. K. Liu, Y. X. Huang, H. Li, Int. J. Theor. Phys.,49(2010)334.[8] S. B. Zheng, Phys. Rev. A, 68 (2003) 035801[9] S. B. Zheng, G. C. Guo, Phys. Rev. Lett.，85 (2000) 2392.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于腔QED的量子隱寫協(xié)議，秘密消息通過在腔QED中一個(gè)GHZ態(tài)和一個(gè)Bell態(tài)之間的糾纏交換和Hadamard操作實(shí)現(xiàn)隱秘傳送。一種基于腔QED的量子隱寫協(xié)議，包括以下六個(gè)過程SI)分別產(chǎn)生大量(η)的I S^abc和| UOde作為原子A、B、C和原子D、E的初始狀態(tài)。GA、GB、Gc、GD、Ge 分別代表 A、B、C、D、E 的原子序列。因此，Ga = [A1, A2,…，An]，GB =[B1, B2,…，Bn], Gc = [C1, C2,…，Cn], Gd = [D1, D2,…，Dn], Ge = [E1, E2,…，En]。原子A、D 屬于 Alice,原子 B、C、E 屬于 Bob。那么，Alice 保存 Ga、Gd, Bob 保存 GB、Gc、GE。S2)信息傳送模塊(a)根據(jù)信息比特序列，Alice分別對GjP Gd施加酉操作(在對Ga和Gd的原子施加酉操作后,Ga轉(zhuǎn)化為G' A，GD轉(zhuǎn)化為G' D。為了保持一致，盡管Gb、Gc和Ge的原子沒有被施加酉操作，仍然分別用G' b、G' e、G' E來代表原始的GB、Ge、GE。也 就是G' 13與613—樣，G' C與Gc—樣,G' 1；與61；—樣。)；(b) Alice根據(jù)秘密消息從G' D選擇出兩個(gè)原子D' m、D' m+1，然后進(jìn)入秘密消息隱藏模塊；(c)Alice通過量子信道將G' A和G' D傳送回Bob ;(d)在收到G' D和得到m的值后，Bob通過對D' mE' m進(jìn)行Bell基測量解碼出它們所攜帶的信息。S3)秘密消息隱藏模塊(a)根據(jù)秘密信息，Alice從G' D選擇出兩個(gè)原子D' m、D' m+1，其中下標(biāo)m代表原子D' 111在(；'D中的位置。m的值必須滿足一致性條件，也就是意味著A' mB' mC' m的初始GHZ態(tài)和D' mE' m的初始Bell態(tài)必須與秘密消息保持編碼對應(yīng)的一致性(在通過執(zhí)行IBF或經(jīng)典信道的一次一密將m傳送給Bob之前，一個(gè)合適的m可以事先被Alice確定[5]。) ； (b)通過事先對Dm+1施加同樣的酉操作,D' mE' m所攜帶的信息可以被D' m+1E' m+1復(fù)制。也就是，D' m+1E' m+1不正常傳送信息，而只是作為一個(gè)輔助的Bell態(tài)以協(xié)助隱藏秘密消息。S4)Bob同時(shí)將原子A' m、D' m+1送入一個(gè)單模腔。在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子A' m、D' m+1同時(shí)與單模腔相互作用。Bob選擇作用時(shí)間和拉比頻率滿足Xt = π/4和=
JI OS5)Bob同時(shí)將原子B' m、E' m+1送入另一個(gè)單模腔。在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子Bi m、E' m+1同時(shí)與單模腔相互作用。Bob選擇作用時(shí)間和拉比頻率滿足Xt= π/4和
=Tl οS6)秘密消息解碼模塊(a)Bob對原子C' m施加Hadamard操作；(b)當(dāng)它們飛出腔后，Bob以Z基{|e>, g>}分別測量原子A, m、D' m+1的狀態(tài)；(c)當(dāng)它們飛出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分別測量原子B' m、E' m+1的狀態(tài)；(d)Bob以Z基{|e>，|g>}測量原子C m的狀態(tài)；(e)根據(jù)自己關(guān)于原子F m> Di _，原子K m> Ei ^和原子CT丨的測量結(jié)果，Bob可以解碼出Alice傳送的秘密消息。然后，根據(jù)秘密消息和D' mE' m的狀態(tài)，A' mB' 111攜帶的信息可以被恢復(fù)出來。


圖I是基于腔QED的量子隱寫協(xié)議的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。I、編碼方案GHZ態(tài)是三原子最大糾纏態(tài)， 構(gòu)成8維Hilbert空間的一組完整正交基。Bell態(tài)是兩原子最大糾纏態(tài)，構(gòu)成4維Hilbert空間的一組完整正交基。不失
一般性，假設(shè)原子 A、B、C 處于四個(gè) GHZ 態(tài) St^ — =(l/>/5)(|gee〉±/|egg〉)、
P±)abc ={l/^){\sSg}± iIeee))中的一個(gè)，原子 D、E 處于四個(gè) Bell 態(tài)
φ\Ε =(l/V2)(|gg)±z|ee))如士〉^ =(l/>/i)(|ge〉±/|eg〉)中的一個(gè)。原子A、
D屬于Alice,原子B、C、E屬于Bob。Alice試圖通過量子信道將秘密消息傳送給Bob。U0=I = I g><g I +1 eXe , U1 = σχ= I gXe | +1 eXg , U2 = i σ γ = | gXe | -1 eXg , U3 = σ ζ=g><g|-|e><e為四個(gè)酉操作,如式(I)所示將每個(gè)酉操作編碼為2比特信息。U0 — 00，U1 — 01，U2 — 10，U3 — 11. (I)容易驗(yàn)證，施加酉操作后，上述四個(gè)GHZ態(tài)可以彼此相互轉(zhuǎn)化。同樣地，施加酉操作后，上述四個(gè)Bell態(tài)也可以彼此相互轉(zhuǎn)化。不失一般性,假設(shè)原子A、B、C的初態(tài)為I S Sabc,原子D、E的初態(tài)為| Ψ >DE。假設(shè)兩個(gè)單模腔完全一樣。Alice首先通過量子信道將原子A、D傳送給Bob。然后，Bob同時(shí)將原子A、D送入一個(gè)單模腔。在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子A、D同時(shí)與單模腔相互作用。接著，Bob同時(shí)將原子B、E送入另一個(gè)單模腔。在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子B、E也同時(shí)與單模腔相互作用。在旋波近似下，原子與單模腔之間的哈密頓量為[7-9]
2
H = CO0S: + ωαα^α ++ 必))+ Q^yiwt + Seiwt)](2)
M
2其中，Sz, S =|g;〉〈e;|為原子下降算符，
S] ^\ej)(gj j為原子上升算符，I ej>和〈g] I分別為第j個(gè)原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)，^和a分
別為單模腔的產(chǎn)生算子和湮沒算子，g為原子和腔場的耦合系數(shù)，Ω、ω(ι、ω3> ω分別為拉比頻率、原子躍遷頻率、腔模頻率、經(jīng)典場頻率。令Qci= ω，在相互作用繪景中系統(tǒng)的演化算符可以表示為[7-9]
U(t) = e'Hf,,e-iHj(3)其中A =ΩΕ(Κ +&)，He是有效的哈密頓量。當(dāng)ω。和COa之間的失諧量
y=i
δ >> g，而且Ω >> δ，8時(shí)，有效哈密頓量扎為[7-9]
權(quán)利要求
1. 一種基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隱寫協(xié)議,秘密消息通過在腔QED中一個(gè)GHZ態(tài)和一個(gè)Bell態(tài)之間的糾纏交換和Hadamard操作實(shí)現(xiàn)隱秘傳送，包括以下六個(gè)過程 51)分別產(chǎn)生大量(n)的IS)ABC和I uODE作為原子A、B、C和原子D、E的初始狀態(tài)；Ga、Gb、Gc、Gd、Ge 分別代表 A、B、C、D、E 的原子序列，因此，Ga = [A1, A2,…，An]，Gb = [B1,B2,, Bn], Gc = [C1, C2,…，Cj , Gd = [D1, D2,, Dn], Ge = [E1, E2, ...,En];原子 A、D 屬于 Alice,原子 B、C、E 屬于 Bob，那么，Alice 保存 Ga、Gd, Bob 保存 GB、Gc、Ge ； 52)信息傳送模塊(a)根據(jù)信息比特序列，Alice分別對Ga和Gd施加酉操作(在對Ga和Gd的原子施加酉操作后,Ga轉(zhuǎn)化為G' A，Gd轉(zhuǎn)化為G' D ;為了保持一致，盡管GB、GC和Ge的原子沒有被施加酉操作，仍然分別用G' b、G' c,G/ ^來代表原始的6^6。、6￡;也就是G' B與gB 一樣，G' C與Ge 一樣，G' E與Ge 一樣；)；(b)Alice根據(jù)秘密消息從G' D選擇出兩個(gè)原子D' m、D' m+1，然后進(jìn)入秘密消息隱藏模塊；(c)Alice通過量子信道將G' 4和G' D傳送回Bob ;(d)在收到G' D和得到m的值后，Bob通過對D' mE/ m進(jìn)行Bell基測量解碼出它們所攜帶的信息； 53)秘密消息隱藏模塊(a)根據(jù)秘密消息，Alice從G'。選擇出兩個(gè)原子D'm、D' ffl+1,其中下標(biāo)m代表原子D' ^在^ D中的位置；m的值必須滿足一致性條件，也就是意味著k' mB/ mC/ m的初始GHZ態(tài)和D' mE/ m的初始Bell態(tài)必須與秘密消息保持編碼對應(yīng)的一致性(在通過執(zhí)行IBF或經(jīng)典信道的一次一密將m傳送給Bob之前，一個(gè)合適的m可以事先被Alice確定；)；(b)通過事先對Dlrt施加同樣的酉操作，D' mE/ 所攜帶的信息可以被D' m+1E' m+1復(fù)制，也就是，D' m+1E' >+1不正常傳送信息，而只是作為一個(gè)輔助的Bell態(tài)以協(xié)助隱藏秘密消息； 54)Bob同時(shí)將原子A'm、D' m+1送入一個(gè)單模腔；在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子A' m、D' ffl+1同時(shí)與單模腔相互作用；Bob選擇作用時(shí)間和拉比頻率滿足Xt = Ji/4和Qt = ； 55)Bob同時(shí)將原子B'm、E' m+1送入另一個(gè)單模腔；在經(jīng)典場的驅(qū)動(dòng)下，原子B' m、E' m+1同時(shí)與單模腔相互作用；Bob選擇作用時(shí)間和拉比頻率滿足At = /4和Qt= ; 56)秘密消息解碼模塊(a)Bob對原子C'm施加Hadamard操作；(b)當(dāng)它們飛出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分別測量原子A' m、D' m+1的狀態(tài)；(c)當(dāng)它們飛出腔后，Bob以Z基{|e>，|g>}分別測量原子B' m、E' ^的狀態(tài)；(d)Bob以Z基{|e>，|g>}測量原子C' 的狀態(tài)；(e)根據(jù)自己關(guān)于原子A' m、D' m+1,原子B' m、E' m+1和原子C' !^的測量結(jié)果，Bob可以解碼出Alice傳送的秘密消息；然后，根據(jù)秘密消息和D' _ 的狀態(tài)，A'ffl攜帶的信息可以被恢復(fù)出來。
全文摘要
量子隱寫的目標(biāo)在于通過量子隱藏信道實(shí)現(xiàn)秘密消息的隱秘通信。量子隱寫在許多方面有著重要的應(yīng)用，如隱秘通信、量子身份認(rèn)證等。本發(fā)明提出一種基于腔QED(quantum electrodynamics)的量子隱寫協(xié)議。本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議不受腔泄露和熱腔場的影響。秘密消息通過在腔QED中一個(gè)GHZ態(tài)和一個(gè)Bell態(tài)之間的糾纏交換和Hadamard操作實(shí)現(xiàn)隱秘傳送。本發(fā)明的量子隱寫協(xié)議解碼2比特秘密消息時(shí)只需要進(jìn)行局部單獨(dú)測量。而且，隱藏信道的容量可以增加到4比特。
文檔編號H04L29/06GK102801521SQ201210327019
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者葉天語, 蔣麗珍 申請人:浙江工商大學(xué)