[发明专利]基于单光子超密编码的量子密钥分配方法

说明书

本发明公开了一种基于单光子超密编码的量子密钥分配方法，包括A方制备随机处于R基态的光子态，进行偏转操作后发送给B，B方再次进行偏转操作后返回给A，A将测量得到的量子态与原制备的量子态进行比对，并比对结果发送给B，A判断所用测量基是否正确，如果正确，并进行标记，然后将标记的位置信息发送给B，对于错误的位置信息丢弃，最后A和B根据自己的信息和接收的信息生成共享比特串。本发明与纠缠态QDKD协议相比，无需复杂量子资源和设备，更经济可行。

技术领域

本发明是一种基于单光子超密编码的量子密钥分配方法，属于量子保密通信技术领域。

背景技术

随着量子力学理论在信息处理领域的应用，量子保密通信被用来完成许多有趣的任务，如量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)，量子秘密共享(quantum secretsharing,QSS)，量子密钥协商(quantum key agreement,QKA)等。其中QKD为最基本和最重要的研究方向，用于在两个合法用户之间生成私钥，两个用户借助私钥可以安全地传达他们的秘密消息。通常，这些QKD协议可以分为两类：基于单光子的QKD协议，如BB84和E92等；另一种为基于纠缠态的QKD协议。在上述两个类别中，单光子QKD协议实验上简单可行但效率较低；纠缠态QKD协议效率较高，但需要更复杂的量子资源和设备。

QKD协议除了保证安全性之外，还需要考虑密钥分配效率。2004年，Degiovanni等人提出了一种融合了量子超密编码和量子密钥分配的新协议，称为量子超密密钥分配(quantum dense key distribution，QDKD)协议，该协议通过纠缠对(即Bell态)上的操作来嵌入密钥信息，比BB84协议具有更好的密钥生成率。Degiovanni等人提出的QDKD协议已经被证明是能够检测到任何单独的窃听攻击，具有安全性。这种QDKD协议的思想应用广泛，其他学者成功地把这种思想运用在不同的纠缠态QKD协议上。例如，在2011年，Hwang等人通过利用三量子比特W状态的密集编码提出了QKD协议。在2013年，刘志昊等人提出一种在簇状态上进行密集编码的量子同时秘密分配协议。但这些协议都是基于纠缠态QKD协议，所以存在需要复杂的量子资源和设备的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服纠缠态QKD需要复杂量子资源和设备等缺陷，提出一种经济可行的基于单光子超密编码的量子密钥分配方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于单光子超密编码的量子密钥分配方法，包括以下步骤：

1)A制备单光子态|Ψ，|Ψ随机处于R基态；然后，A以一定的概率对光子态进行偏转操作，并发送给B；

2)B接收A发送的光子以不同概率处于R基态或者D基态；然后，B以一定的概率对光子态进行偏转操作，再返回给A；

3)A接收B发送的光子以不同概率处于R基态或者D基态；然后A通过测量，得到光子态|Ψ'；

4)A将|Ψ'与|Ψ进行比对，再通过经典信道向B发送比对结果信息；

5)B利用经典信道向A告知其在所述步骤2)的偏转操作信息；

6)A根据接收的信息来判断所用测量基是否正确，如果正确，则标记为Y，否则标记为N，然后将标记为Y或者N的位置信息发送给B；

7)B根据A所发送的位置信息，将所有标记为N的信息丢弃；

8)A和B根据自己的信息和接收的信息生成共享比特串。

前述的R基态为|0或|1，所述D基态为或