[发明专利]一种基于氢原子的混合量子通信方法

权利要求书

1.一种基于氢原子的混合量子通信方法，其特征在于：包括Alice量子通信模块(101)、Bob量子通信模块(102)，并均具备经典通信和量子通信两种通信模式，且经典通信模式能够传送信息，量子通信模式传送量子密钥；Alice量子通信模块(101)与Bob量子通信模块(102)之间形成两条通信通道；其中一条通信通道为经典信道(104)，Alice量子通信模块(101)与经典信道(104)、Bob量子通信模块(102)依次连接进行经典信息通信；其中另一条通信通道为量子信道(105)，Alice量子通信模块(101)与量子信道(105)、Bob量子通信模块(102)依次连接进行量子密钥通信；Alice量子通信模块(101)与Bob量子通信模块(102)既可作为发送方也可以作为接收方，且两者均可制备量子密钥，经典信道(104)与量子信道(105)均能够进行双向通信，通信双方使用经典信道传输加密信息，并使用量子信道传输量子密钥，经典信道构成经典通信所需的信息信道和信息传输网络，量子信道构成量子通信所需的密钥信道和密钥传输网络，经典通信网络与量子通信网络能够同时工作，并且互相传输信息，Alice量子通信模块(101)与Bob量子通信模块(102)具有经典信息和量子信息双向计算转换功能和兼容处理功能，既能够读取、计算和处理经典信道中的经典信息，并维持经典信道的运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于氢原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Alice量子通信模块(101)与Bob量子通信模块(102)具有经典信息和量子信息的存储功能，具备经典存储器以实现经典信息的存储转发和测量、转换操作，且具备量子存储器以实现量子密钥的存储转发和测量、纠缠、叠加、转换操作；经典存储器为存储经典信息的传统存储器，每个存储位为经典态的1或0，包括磁表面硬盘存储器或固态硬盘存储器或磁带或光盘或闪存；量子存储器为存储量子信息的非经典存储器，每个存储位为单个氢原子，通过氢原子的不同物理态存储量子信息|0>或|1>及两态间的所有叠加态，可够实现量子密钥的存储和管理。

3.根据权利要求2所述的一种基于氢原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Alice量子通信模块(101)包括12组不同的互为正交的氢原子量子态组成字母表，能够随机选择或按需选择氢原子量子态字母表中的任意一组制备一位或多位量子态进行量子通信，也能够测量字母表中的不同物理态。

4.根据权利要求3所述的一种基于氢原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述氢原子量子态字母表包括12组互不相同的物理态，每组均包括|0>和|1>两种正交的物理态，Alice量子通信模块(101)能够随机选择氢原子字母表中的任意一组或几组构成量子密钥实现对信息的加密，并将加密后的信息通过经典信道传输给Bob量子通信模块，量子密钥通过量子信道传输给Bob量子通信模块；氢原子量子态字母表使用12组互不相同的物理态分别编码成量子态的|0>和|1>，或反之，分别编码成量子态的|1>和|0>；可用于编码的物理态包括：氢原子中电子相对原子核位置偏左或偏右，电子相对原子核位置偏上或偏下，电子相对原子核位置偏前或偏后，电子公转轨道距离原子核偏远或偏近，电子绕原子核的公转方向为顺时针或逆时针，电子自旋方向为顺时针或逆时针，电子塞曼效应的能级高或低，电子运动速度的快或慢，电子自旋速度的快或慢，电子温度高或低，电子数多，中子数多少；在量子通信时，不同的密码编码位可以同时使用字母表中的不同组，也可以同时使用字母表中的共同一组；通信双方可以使用量子通信协议预先约定字母表的使用方法，也可以随机自行选择字母表的一组或几组进行通信。

5.根据权利要求1至4其中之一所述的一种基于氢原子的混合量子通信方法，其特征在于：所述Bob量子通信模块(102)包括12组不同的互为正交的氢原子量子态组成字母表，能够随机选择或按需选择氢原子量子态字母表中的任意一组制备一位或多位量子态用作量子密钥或量子数据进行量子通信，也能够测量字母表中的不同物理态。