1.一种抗集体退相位噪声的错误容忍信道加密量子对话方法,利用每个由两物理量子比特构成的无消相干态抵抗集体退相位噪声;可使通信双方在集体退相位噪声信道共享量子私钥;通过利用共享的量子私钥进行加解密使每个传输的两粒子逻辑量子比特的初态被通信双方秘密共享;通过复合酉操作将通信双方的秘密信息编码在传输的两粒子逻辑量子比特;在除安全检测外的整个对话过程仅需单粒子测量;共包括以下五个过程:S1)量子私钥共享:Alice和Bob利用以下方法在一个集体退相位噪声信道上共享N个EPR对作为他们的量子私钥:①Alice制备N+δ1个纠缠态她将这些纠缠态分成两个粒子序列,SA
和SC,其中SA由所有的粒子A组成,SC由所有的逻辑量子比特C组成;然后,她自己保留SA并将SC发送给Bob;②在Bob宣布收到SC后,他们一起执行安全检测程序;Bob从SC随机挑选出δ1个逻辑量子比特并随机使用 和 两个基中的一个来测量每个样本逻辑量子比特,其中σz={|0>,|1>}和σx={|+>,|->};然后,他告诉Alice这些样本逻辑量子比特的位置和测量基;Alice利用恰当的测量基测量SA中相应的样本粒子A;也就是说,如果Bob利用基来测量SC中的一个样本逻辑量子比特C,Alice将选择基σz(σx)来测量SA中相应的样本粒子A;在Alice公布她的测量结果后,一个窃听者的存在可被Bob通过他们相应测量结果之间的确定相关性判断出;只要传输安全性能够得到保证,他们就能成功共享剩余的N个纠缠态 ③对于每个剩余的N个纠缠态 Bob以粒子C1为控制量子比特、C2为目标量子比特对C1和C2施加一个控制非(Controlled-NOT,CNOT)操作;这样,整个量子系统将由 改变为直到这里,Alice和Bob已经成功共享N个EPR对 不失一般
性, 中的下标C1可被B替代;
S2)Alice的加密:Alice制备一个由N个传输量子态{|m1>dp,|m2>dp,…,|mN>dp}构成的序列,这个序列被称为SM,其中mi=0或1,i=1,2,…,N;为确保传输安全性,Alice采用诱骗态技术;即,她制备一些随机处于四个态{|0>dp,|1>dp,|+>dp,|->dp}之一的诱骗态,并将它们随机插入SM;这样,SM转变为S′M;Alice利用量子私钥|φ+>AB来加密S′M中除诱骗态外的传输量子态;即,Alice以粒子Ai为控制量子比特、|mi>dp为目标量子比特对Ai和|mi>dp施加一个控制 (即 )操作,其中I=|0><0|+|1><1|、-iσy=|1><0|-|0><1|和σx=|1><0|+|0><1|为三个常规酉操作,这三个酉操作的下标1和2分别表示每个逻辑量子比特的第一个和第二个物理量子比特,i=1,
2,…,N;然后,Alice将S′M发送给Bob,并且当Bob宣布已经收到后告诉BobS′M中诱骗态的位置和制备基;然后,在利用Alice告诉的制备基测量诱骗态后,Bob告诉Alice他的测量结果;
一个窃听者的存在可被Alice通过诱骗态的初态和Bob关于它们的测量结果之间的一致性判断出;如果不存在窃听者,他们继续执行下一步骤,否则,他们重新开始;
S3)Bob的解密和编码:Bob丢弃S′M中的诱骗态得到SM;然后,Bob解密出SM中的传输量子态;即,Bob以粒子Bi为控制量子比特、|mi>dp为目标量子比特对粒子Bi和|mi>dp施加一个操作,其中i=1,2,…,N;Bob利用基 测量传输量子态|mi>dp以知道它的初态;
根据他的测量结果,Bob重新制备一个新的没有测量过的传输量子态|mi>dp;为了编码他的1比特秘密信息ki,Bob对新的|mi>dp施加复合酉操作 从而得到 为了确保传输安全性,Bob也制备一些随机处于四个态{|0>dp,|1>dp,|+>dp,|->dp}之一的诱骗态,并将它们随机插入SM中;这样,SM转变为S″M;然后,Bob将S″M发送给Alice;在Alice宣布接收到S″M后,他们执行与步骤S2中一样的安全检测程序;如果S″M的传输安全性能够得到保证,他们继续下一步骤;
S4)Alice的编码和双向通信:Alice丢弃S″M中的诱骗态得到SM;为了编码她的1比特秘密信息ji,Alice对SM中的 施加复合酉操作 相应地, 转变为然后,Alice利用基 测量 为了双向通信,Alice公
开宣布 的测量结果;根据她自己的复合酉操作 和 的测量
结果,Alice能够读出Bob的1比特秘密信息ki,既然她自己制备|mi>dp;同样地,根据他自己的复合酉操作 和 的测量结果,Bob也能读出Alice的1比特秘密信息ji;
S5)量子密钥旋转:对于每个量子私钥|φ+>AB,在选择一个恰当的角度θ后,Alice和Bob分别旋转他们各自的粒子;这个旋转可被描述为 尽管R(θ)的双边操作不能改变|φ+>AB的状态,它能够抵抗窃听行为;在旋转后,Alice和Bob从步骤S2重新开始下一轮通信,并重复使用EPR对|φ+>AB作为他们的量子私钥。