量子安全直接通信

量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理,具有高安全、高容量等优点.量子安全直接通信在量子信道中直接传输秘密信息,是一种新式的量子通信模式.自2000年提出以来,量子安全直接通信得到了迅速的发展.该文综述量子安全直接通信的基本原理,描述几个典型的量子安全直接通信协议.最后介绍量子安全直接通信的最新发展动态,展望量子安全直接通信的未来.     

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.     

Complete multiple round quantum dense coding with quantum logical network

We present a complete multiple round quantum dense coding scheme for improving the source ca-pacity of that introduced recently by Zhang et al. The receiver resorts to two qubits for storing the four local unitary operations in each round.     

通过粒子重排序实现量子安全直接通讯

量子安全直接通讯是对秘密信息的直接通讯,而不需要先制造一个分享的密钥.这种方案可以用于一些紧急的情况.利用粒子重排序的方法来实现量子安全直接通讯.此方案无需进行幺正操作,比ping-pong协议更为简便.而且该方案被证明在理想信道中是安全的.     

Using Quantum Associative Memory to Simulate the Brain Functions

To simulate the brain functions, a quantum associative memory combined with information preprocessing by a sparse coding model is presented. The sparse coding scheme is used to simulate the information transformation from retina up to primary visual cortex (V1) along the visual path and the quantum associative memory is used to simulate the pattern processing functions of the brain such as the pattern storing, forgetting and retrieving. Experimental results show that the model exhibits good associative ability on face recognition. Considering the huge storage capacity, mass parailel-distributed processing ability and oscillatory phenomena of the quantum system, this model might he a biological plausible implementation.     

A quantum error-correction circuit based on cyclic code

In this paper, the cyclic code of the classic circuit is transformed and transplanted; then, the quantum encoding scheme based on cyclic code and quantum error-correction circuit is constructed. The proposed circuit can correct one-bit error, and the use of redundant bits to encode more than one-bit quantum information breaks the previous limitations of many bits encoding a quantum bit. Compared with the existing coding circuits (Shor code, Steane code and five stable subcode), it shows obvious superiority in the quantum coding efficiency and transmission efficiency.     

勿需测量坍缩假设的量子隐形传态方案

在Busch等勿需测量坍缩假设的单粒子态隐形传态方案的基础上，进一步研究了二粒子任意自旋态的隐形传递方案。     

Quantum secure direct communication and authentication protocol with single photons

A quantum secure direct communication and authentication protocol is proposed by using single photons. An information transmission is completed by sending photons once in quantum channel, which improves the efficiency without losing the security. The protocol encodes identity-string of the receiver as single photons sequence, which acts as detection sequence and implements authentication. Before secret message is encoded as single photons sequence, it is encrypted with identity-string of the sender by using XOR operation, which defends quantum teleportation attack efficiently. The base identity-strings of the sender and the re- ceiver are reused unconditionally secure even in noisy channel. Compared with the protocol proposed by Wang et al. （Phys Lett A, 2006, 358： 256--258）, the protocol in this study sends photons once in one transmission and defends most attacks including ＇man-in-the-middle＇ attack and quantum teleportation attack efficiently.     

纯态纠缠源条件下密集编码的信道容量比较

依据量子纠缠能被用来实现量子密集编码，从而增加量子信道的经典信息容量的理论，讨论并比较了在无噪信道中利用纯态纠缠源进行直积态密集编码和纠缠密集编码两种情况下的信道容量上限，得到了应用纠缠编码方式的信道容量不大于应用直积态编码方式的信道容量的结果．     

基于随机密度矩阵特征值联合分布的广义微分熵研究

研究了基于随机密度矩阵特征值联合分布的广义微分熵。首先,在罗莱珍等人的论文基础上,计算在Wishart矩阵特征值联合分布下的广义微分熵;然后,采用Laplace变换和Laplace逆变换来计算在随机量子态特征值联合分布下以及在随机密度矩阵对角线联合分布下的微分熵;另一方面,研究了由随机量子态所诱导的相关随机矩阵模型,该模型在量子信息理论中有着重要的作用;最后,以Renyi熵和Tsallis熵为例来验证在3种情形下的广义微分熵,并推广了罗莱珍等人的结果。     

非最大纠缠团簇态的受控量子超密编码

研究了利用非最大纠缠团簇态作为量子信道的受控超密编码.研究结果表明,监控者通过调节其测量基矢的角度可以控制发送者和接收者之间的传送信息量,这也是对发送者和接收者之间量子信道的控制.     

基于混合编码的多智能体遗传算法

为了提高多智能体遗传算法的收敛速度和全局寻优能力，将量子编码引入多智能体遗传算法中，对每个智能体同时采用量子编码和实数编码，以基于这两种编码方式的遗传算子同时进化来获得更快的收敛速度和更好的全局收敛性。仿真结果表明，此算法能更快地收敛到全局最优解。     

利用三能级部分纠缠态的量子密集编码

量子信道为最大纠缠态的密集编码方案中,编码操作可以分为翻转操作和相位操作.存在相位编码操作是实现密集编码的关键,构造了量子信道为三能级部分纠缠态的相位密集编码算符,并给出了存在相位编码的条件.     

基于量子计算的医疗敏感信息智能加密算法

针对管理医疗敏感信息存在数据被攻击窃取的问题, 提出基于量子计算的医疗敏感信息智能加密算法。首先考虑混合纠缠态设计医疗敏感信息量子加密的密钥构造, 并分析密钥内部构造的协议子空间矩阵, 由此组成密钥信息。 然后通过计算信息的邻域分布函数, 构建分离矩阵量子编码, 为密钥重排提供处理数据, 考虑量子纠缠态及其附加态的干扰情况, 进行有效密钥加密, 最后实现医疗敏感信息智能加密。 实验结果表明, 采用该方法进行医疗敏感信息智能加密的抗攻击能力较好, 加密信息的传输效率高, 整体性能较好。     

非经典光场及其在量子信息中的应用

扼要介绍连续变量纠缠态光场产生的实验方法,及其在量子离物传态,量子密集编码,受控密集编码,量子纠缠交换及量子通信网络中的应用.     

基于相位编码的高效量子密钥分配方案

提出了一种新的单向量子密钥分配方案.该方案利用光子的两列子波之间相位差关系形成的干涉结果进行编码,并且利用与干涉结果独立的光子偏振态进行窃听检测.并对该方案的效率和安全性进行了分析.理论分析表明,该方案的光子利用率为100%,而经典通信量仅约为BB84方案的一半,信息传输效率约为2n/(3n+4),高于BB84方案25%的效率值,随着传输光子数n的增大,效率值将趋近于66.7%.而且,该方案对于截获重发、测量重发、纠缠测量等常见的攻击,都具有很好的安全性.此外,对于现在的技术而言,该方案较易实现.     

A scheme to implement the Deutsch-Josza algorithm on a superconducting charge-qubit quantum computer

We have studied the implementation of the Deutsch-Josza quantum algorithm in a superconducting charge-qubit quantum computer. Different from previous studies, we have used the inductance coupled system of You et al. The detailed pulse sequences have been designed for the four possible functions in a 2-qubit system. The result is generalized to an arbitrary n-qubit system. This scheme will be useful for practical implementation of the algorithm.     

基于共面两囚禁冷离子的信息读写

利用离子阱内共面两囚禁冷离子,在库仑势的条件下,Schrdinger方程的精确解（即离散的本征态和本征能量）表明：径向运动量子数为1/2的整数倍变化;费米子和玻色子交替出现;质心运动磁量子数mc和相对运动磁量子数m使量子态产生一个mcβ+mθ的随机相位因子.并以2个冷H+为例,给出1个用量子态作资源,采用量子编码的方法,提出了在量子信息处理时,利用离散的本征态ψnc,mc,l,m,通过操控相位的变化,从而实现了对信息读写操作.     

经典密码通信与量子密码通信的现状及发展趋势

对现有3种经典保密通信体系,即对称密钥体系、非对称密钥体系、Vernam密钥体系的现状和发展趋势进行了分析,指出了经典保密通信的局限性,重点阐述了绝对安全的量子密码通信的现状和发展趋势.     

旋转中子及螺旋光纤的几何相

计算得到自旋1/2粒子在旋转磁场下的Bloch方程的严格解及精确波函数,Berry几何相可对演化波函数取绝热极限得到,并将结果与Bitter等的慢中子实验做了比较. 对旋转磁场的一般非绝热循环解,给出了Aharonov-Anandan(AA)几何相和动力学相的解析结果,并用AA几何相理论圆满的解释了有争议的螺旋光纤实验,这项研究证明的关于AA的另一定理表明:对非绝热动力学相取绝热根限时,可得到绝热的动力学相和绝热的几何相. 建议用正交态方法排除绝热近似而获得平行传输条件,从而实现所谓几何量子计算.