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量子安全通信及其线路模拟的研究

作　者: 陈秀波
导　师: 温巧燕
学　校: 北京邮电大学
专　业: 密码学
关键词: 量子通信量子密钥分发量子安全直接通信量子隐形传态量子线路模拟
分类号: TN918
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 310次
引　用: 2次
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内容摘要

量子通信为秘密消息的安全传输提供了一种新的思路和方法,其安全性由量子力学基本原理来保证,与攻击者的计算能力无关。量子通信具有的这种得天独厚的优势,使得它已经成为量子信息学中的一个非常重要的研究方向。本博士论文研究了量子安全通信协议及其量子线路的模拟实现。研究内容涉及四个方面,即:经典与量子相结合的安全通信,主要介绍了量子密钥分发(QKD)协议;直接传输经典信息的量子安全直接通信(QSDC)协议;直接传输量子信息的量子隐形传态协议;研究了量子线路模型,并设计了模拟实现部分安全通信协议的量子线路。取得了若干研究成果,具体如下:在量子安全直接通信方面,我们提出了经由一般GHZ态,基于量子加密的一种量子安全直接通信协议。发送方使用共享私钥加密消息,接收方在第三方的监控与帮助下,利用共享私钥解密密文并直接读出传输的秘密消息。根据对诱骗粒子的检测窃听结果,通信者可以判断共享的纠缠密钥是否可以被重复使用。一般情况下,任何窃听都不可避免的扰动检测粒子的状态并且被发现。此外,该协议可以纠正发生的任意传输错误。在传输量子信息的隐形传态方面,我们提出了一种保真度为1但成功概率小于1的概率隐形传态协议;一种不仅能传送量子态上编码的信息,而且能传送量子纠缠态结构的量子纠缠隐形传态协议;一种受控量子隐形传态协议。并且研究了变换算子与实现隐形传态协议的量子信道之间的关系。量子线路模拟方法对于实验实现量子安全通信协议有重要的指导意义。我们研究了量子线路模型,设计了两个量子安全通信协议的线路模拟实现。一个是利用量子态幺正演化的通用门分解过程,对我们提出的一个基于W态的量子安全直接通信协议,设计了量子线路模拟实现;另一个是利用从初态到终态的分解过程,设计了用于概率性区分两个非正交态的POVM测量的量子线路,并给出了一个执行概率隐形传态协议的量子线路。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-20
  1.1 研究意义  12-14
  1.2 研究现状  14-17
  1.3 论文安排及主要研究成果  17-20
第二章经典与量子相结合的安全通信  20-26
  2.1 引言  20-21
  2.2 量子密钥分发协议  21-25
    2.2.1 量子密钥分发BB84协议  21-23
    2.2.2 量子密钥分发B92协议  23-24
    2.2.3 量子密钥分发BBM92协议  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章经典信息直接传递的安全通信  26-37
  3.1 引言  26-27
  3.2 量子安全直接通信“Ping-pong”协议  27-28
  3.3 基于量子加密的量子安全直接通信  28-35
    3.3.1 协议过程  29-32
    3.3.2 协议的安全性和纠错  32-34
    3.3.3 结论  34-35
  3.4 本章小结  35-37
第四章量子信息直接传递的安全通信  37-61
  4.1 引言  37-38
  4.2 BBCJPW93量子隐形传态协议  38-40
  4.3 概率量子隐形传态  40-44
    4.3.1 基于联合幺正变换的隐形传态协议  42-43
    4.3.2 基于一般测量的隐形传态协议  43-44
    4.3.3 结论  44
  4.4 量子纠缠隐形传态  44-51
    4.4.1 量子纠缠态的隐形传态协议  45-50
    4.4.2 结论  50-51
  4.5 受控量子隐形传态  51-54
    4.5.1 多量子比特态的隐形传态协议  51-54
    4.5.2 结论  54
  4.6 实现隐形传态协议的量子信道的研究  54-59
    4.6.1 ZR协议简介  55-56
    4.6.2 变换算子与隐形传态之间的联系  56-59
    4.6.3 结论  59
  4.7 本章小结  59-61
第五章量子安全通信协议的线路模拟  61-88
  5.1 引言  61
  5.2 量子线路的构建  61-74
    5.2.1 量子态  62-63
    5.2.2 量子门  63-66
    5.2.3 量子态演化的通用门分解  66-72
    5.2.4 量子态测量  72-74
  5.3 基于W态的QSDC协议及其线路模拟  74-79
    5.3.1 QSDC协议  75-77
    5.3.2 执行QSDC协议的量子线路  77-78
    5.3.3 结论  78-79
  5.4 基于POVM测量的隐形传态协议及其线路模拟  79-87
    5.4.1 量子隐形传态协议  79-82
    5.4.2 执行隐形传态协议的量子线路  82-86
    5.4.3 结论  86-87
  5.5 本章小结  87-88
第六章总结与展望  88-91
  6.1 本文研究工作总结  88-89
  6.2 进一步研究工作展望  89-91
参考文献  91-103
致谢  103-104
博士在读期间完成的论文  104-106
博士在读期间完成和参与的项目  106

量子安全通信及其线路模拟的研究

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