[发明专利]基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的环形半量子秘密共享方法

权利要求书

1.一种基于单光子的要求经典通信者具备测量能力的环形半量子秘密共享方法，实现一个量子通信者和两个经典通信者之间的秘密共享，并且任何一个经典通信者都不能单独获得所共享的秘密；采用单光子作为量子载体而不是乘积态或者纠缠态；以环形方式传输粒子；要求经典通信者具备测量能力；所述方法共包括以下八个过程：

S1)量子通信者Alice制备N+M个单光子，其中每个单光子随机处于四个量子态{|0,|1,|+,|-}之一，M和N都为正整数且M＞N，然后将它们发送给经典通信者Bob；

S2)Bob接收到来自Alice的所有粒子后，对它们做出两个选择：(1)随机选择N个粒子进行MEASURE；(2)对剩下的M个粒子进行REFLECT；最后，Bob把他手中的所有N+M个粒子都发给了经典通信者Charlie；

S3)Charlie接收到Bob的所有粒子后，也做两个选择：(1)随机选择N个粒子进行MEASURE；(2)对剩下的M个粒子进行REFLECT；最后，Charlie把她手上的所有N+M个粒子都送给Alice；这里，MEASURE是指用Z基测量粒子，并制备一个新的与所测量的粒子具有相同的量子态的粒子，REFLECT是指将粒子没有干扰地发送给下一个接收者；所述Z基即为{|0,|1}；

S4)Alice确认收到Charlie所有的粒子后，Bob和Charlie分别公布他们选择MEASURE和选择REFLECT的粒子的位置；

S5)根据Bob和Charlie的选择，Alice对接收到的粒子执行不同的操作，如表1所示；情形①和④仅用于检测窃听，而情形②和③除去S7步用于窃听检测的粒子后剩余的粒子可用于共享秘密；

S6)Alice分别计算表1中情形①和④的错误率；具体地，在情形①中，如果没有窃听，Alice、Bob和Charlie在相应粒子上的所有测量结果都应该是相同的；Alice让Bob和Charlie分别公布他们的测量结果；然后Alice通过比较他们三人的测量结果来计算错误率；如果错误率超过阈值，通信将被终止；

在情形④中，如果没有窃听，Alice的测量结果将与她制备的相应粒子的状态相同；Alice通过比较她的测量结果和她制备的相应粒子的状态来计算错误率；如果错误率超过阈值，通信将被终止；

表1 Alice在每种情形下所做的操作

ACTION 1:Alice采用Z基对粒子进行测量

ACTION 2:Alice采用自己在步骤S1的制备基对粒子进行测量，制备基共有{|0,|1}和{|+,|-}两种

S7)Alice分别计算表1中情形②和③的错误率；具体地，在情形②中，如果没有窃听，Alice的测量结果将与Bob在相应粒子上的测量结果相同；Alice随机选择情形②中的一半粒子并向Bob公布它们的位置；之后，Bob将他在相应粒子上的测量结果公布给Alice；然后，Alice通过将她的测量结果与Bob的测量结果进行比较来计算错误率；如果错误率超过阈值，通信将被终止；

在情形③中，如果没有窃听，Alice的测量结果将与Charlie在相应粒子上的测量结果相同；Alice随机选择情形③中的一半粒子，并向Charlie宣布它们的位置；之后，Charlie将她在相应粒子上的测量结果公布给Alice；然后，Alice通过将她的测量结果与Charlie的测量结果进行比较来计算错误率；如果错误率超过阈值，通信将被终止；

S8)在窃听检测之后，Alice、Bob和Charlie建立秘密共享关系，即其中K_B是由情形②中Bob对除去S7步用于窃听检测的粒子后的剩余粒子的测量结果所组成的比特串，K_C是由情形③中Charlie对除去S7步用于窃听检测的粒子后的剩余粒子的测量结果所组成的比特串，K_A是Alice要共享的比特串，是比特异或运算；Alice可通过在情形②和③中相应粒子上执行ACTION 1来得到K_B和K_C；只有当Bob和Charlie合作时，他们才能恢复Alice的秘密。