量子安全直接通信?

"墨子"号量子科学实验卫星的发射,进一步吸引了人们对量子通信的关注.自1984年IBM的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出第一个量子密钥随机分配协议以来,量子通信能否进行机密信息的安全直接传输一直是困扰量子通信界的一个难题.2000年,清华大学龙桂鲁等萌芽了量子安全直接通信的初步思想,随后的几年,我们建立了量子安全直接通信的完整理论,创建了4个判据,构造了2个最早期完整的量子安全直接通信代表性方案,为量子安全直接通信方案设计及其应用提供了物理原理依据,吸引了众多学者的关注与投入,促进了这一领域的发展.本文首先以第一个量子秘钥随机分配协议为例介绍量子通信如何为经典保密通信服务;随后,以最早期完整的2个量子安全直接通信方案为基础,阐述了为什么可以进行量子安全直接通信,并介绍量子安全直接通信的物理原理.     

Shor量子纠错码的改进和完善

利用量子异或门和Ｈａｄａｍａｒｄ旋转门,设计了Ｓｈｏｒ量子纠错码的编码量子线路,提出了两种纠错方案以及实现这两种纠错方案的量子线路。     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态（英文）

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案。利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案。在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上。在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制。此外,还讨论方案的实验可行性。     

多方与多方之间的量子秘密共享

给出了2种用控制钥的方法建立包含N方的A部分和包含N方的B部分之间的量子秘密共享方案．控制钥可用N个EPR对产生,它在秘密共享方案中控制编码基和测量基。     

NMR experimental implementation of three-parties quantum superdense coding

In this study, we report an experiment realization of quantum superdense coding (QSDC) between three parties using nuclear magnetic resonance (NMR). The experimental results have shown that in terms of the QSDC schemes between multiparties proposed by Liu et al. and Crudka et al., three-qubit QSDC can transmit three bits of classical information by sending two qubits only. Our results experimentally show that quantum superdense coding, as one of the quantum information processing protocols, is superior to classical ones.     

基于可控量子隐形传态的代理签名方案

提出了一种量子代理签名方案.基于可控量子隐形传态,采用3粒子纠缠态作为量子信道,不同于经典的基于计算复杂性的代理签名方案,本方案利用量子隐形传态的物理特性来实现签名及验证,具有无条件安全性.     

量子通信中的量子加密网络

对量子密钥分发协议进行了研究，利用点－点量子密钥分发协议的基础上，基于传统密钥托管方案，推广到多点之间（即在网络环境下）的密钥分发协议，提出了多用户、多控制中心网络环境下量子密钥分发过程的实现方法。各中心节点只起到密钥存储、Bell基联合测量、对密钥进行接力传送的作用，密钥是动态产生的，各中心并不知道最终生成的密钥。     

基于七粒子最大纠缠态的未知三粒子的两种隐形传态方案

本文利用七粒子最大纠缠态实现了任意三粒子态的一般隐形传态和控制隐形传态.在一般隐形传态过程中,发送者对自己所拥有的粒子执行正交完备基测量,然后将测量结果告诉接收者,接收者对他的粒子执行相应的幺正变换就可以恢复出初始态.在控制隐形传态过程中,发送者对需传送的三粒子与自己手中的粒子分别进行适当的Bell基测量,控制方对手中的粒子进行单比特测量,然后他们将测量结果告诉接收者,接收者对自己拥有的三粒子进行相应的幺正操作就可以恢复出初始态.     

基于EPR粒子对的信息签名协议

研究了利用Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)对的纠缠特性进行量子数字签名的方案,提出了一个基于测量结果比较的签名协议以及一个基于隐形传态的签名协议. 在基于测量结果比较的签名协议中,通信双方测量各自的EPR并将测量结果与消息M进行比较可以实现M的签名和验证,同时通过量子单向函数来保证协议的安全. 在基于隐形传态的签名协议中,消息发送者将M通过隐形传态传递给接收者来实现对M签名并验证,其安全性由量子隐形传态的物理特性来保证. 这两种协议均可以脱离可信赖的第三方,且通信过程中不需要密钥,具有无条件安全性.     

一个模型量子系统的辛差分格式

根据非自治哈密顿系统的辛差分格式，构造了适用于一个哈密顿显含时间的模型量子系统的辛差分格式。并应用这一格式计算了不同能量本征态的几率分布和总能量的时间演变。     

利用部分纠缠的量子信道确定性地实现N→1和1→N的受控量子远程旋转

提出利用部分纠缠的量子信道确定性地实现多个发送者1个接受者和1个发送者多个接受者的受控量子远程旋转方案.首先考虑利用两个(N?M?1)粒子部分纠缠的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态确定性地实现N个发送者在M个监控者的控制下确定性地将她们的旋转分别传给远处接受者的操作(N→1).然后考虑在一个(2K?M?1)粒子部分纠缠的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)-GHZ态或K个(M+2)粒子部分纠缠的GHZ态辅助下,发送者随意地将她的旋转分为N份(NK)并在M个监控者的控制下确定性地将它们分别传给远处N个接受者的操作(1→N).方案中,量子旋转的发送者或接受者或监控者的正定算符值测量(POVM)起着关键作用,我们给出了它们的数学表式.值得注意的是,用非理想的量子信道可确定性地实现N→1或1→N的量子远程旋转.这些方案可用于量子秘密共享,量子选举等,它们具极强的保密性.     

光场压缩态与纠缠态的增强及量子信息网络

光场压缩态和纠缠态是进行量子精密测量和量子信息研究的重要资源.文章简要介绍光场压缩态和纠缠态的增强及其在量子密钥分发、连续变量多组分纠缠态光场的制备、量子通信网络和量子计算中的应用.     

基于多变量公钥密码体制的环签名方案

环签名可以让用户完全匿名地对消息进行签名.迄今为止所有的环签名都基于传统密码体制.然而随着量子计算机的出现,传统密码体制的安全性受到威胁.多变量公钥密码学是一种高效的密码体制,并且有可能成为后量子时代安全的密码体制.提出了一个基于多变量公钥密码体制的环签名方案,该方案满足无条件匿名性,在非适应性选择消息下满足不可为造性,且运算效率高.     

利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案

为保证信息安全,提出了一种利用非最大纠缠态的量子信息隐藏方案.该方案建立在双粒子量子系统纠缠态的非定域性质的基础上,信息被编码于双粒子系统的整体态,然后,这两个粒子分配给两个人,他们只允许做定域操作而且彼此之间只能交换经典信息.这样,信息就被隐藏起来.相对于使用最大纠缠态的方案,该方案更容易实现.研究结果证明:该方案可以被用于网络上保存秘密信息.     

基于格密码理论的装备保障信息网络身份认证方案

针对当前装备保障信息网络身份认证方案无法抵抗正在崛起的量子计算机攻击及认证效率较低的问题,基于新的格密码理论,提出了装备保障信息网络在量子计算环境下安全且快速的身份认证方案。该方案采用理想格结构生成方案的主密钥,将装备身份信息输入到原像抽样函数中得出装备身份信息对应的认证密钥,利用无陷门的采样技术产生出装备的认证信息。结果表明：该方案在理想小整数解问题困难性假设的条件下,达到了适应性选择身份和选择消息攻击下的不可伪造性安全;在保证安全的前提下,该方案在达到相同的安全等级水平时在认证速率和验证速率方面均高于传统基于RSA和ECC的认证方案。     

一种新型的量子秘密共享方案

在实际应用中,秘密共享网络的发展一般会有成员扩展的需求。但是,现有的量子秘密共享方案在设计时很少考虑网络的可扩展性。利用相对简单经济的量子资源,设计了一种可扩展的量子秘密共享方案。它在成员扩展阶段无需代理协助,因而有助于避免秘密共享的内部欺骗。最后从三个方面讨论了本方案的安全性。     

大脑中的量子信息过程

根据细胞微管骨架的α-构型和β-构型,并利用Lloyd关于微管壁上量子信息过程的构想,讨论了大脑神经系统中的量子信息过程。研究表明,在微管蛋白中肯定存在量子信息过程,我们利用赝自旋原子模型讨论了系统的哈密顿量。     

Two t-out-of-n Oblivious Transfer Schemes with Designated Receiver

Oblivious transfer （OT） protocol is a fundamental cryptographical tool and widely used as a building block of secure computation. In this work, we propose two efficient t-out-of-n oblivious transfer schemes with the designated receiver. A common advantage of the two schemes is efficient. The total computation cost of the sender and the receiver is n ＋ 2t ＋ 1 modular exponentiations in first scheme that is three-round, and the total one of the sender and receiver is n ＋ 3t modular exponentiations in second scheme that is two-round. Another advantage of both schemes is designable.     

高效实现针对光子丢失问题的容错量子计算

基于两个基本操作——控制路径操作和纠缠子,首先给出非破坏性多光子奇偶校验的实现.随后,将这些操作用于光学量子计算中光子丢失问题的处理.可以实现奇偶量子态的制备,以及单体操作与两体控制非操作,由此可以实现普适容错量子计算.不管是态制备还是门操作都是确定性的,同时方案的实现复杂度也要远低于此前的方案,对于辅助单光子资源的需求也降到很低的程度.并且实现过程中除奇偶校验外,不需要进行任何单光子探测,因此不会造成任何单光子的损失,最大限度地利用了光子资源.比之此前的线性光学方案,我们方案的确定性、高效性、简单性以及资源的高利用率等特点,使得方案更具可行性和更加适用于大规模量子计算.     

量子群上微分双代数的量子-辫子环结构

量子矩阵上微分代数中可引入加性和乘性两种余积运算。本文证明在这两种余积下量子矩阵上微分双代数具有量子 -辫子环结构