[发明专利]基于多自由度的与测量设备无关的量子安全直接通信方法

说明书

本发明公开了基于多自由度的与测量设备无关的量子安全直接通信方法，包括以下步骤：制备发送用户和接收用户的量子态；对所述发送用户和接收用户的量子态进行超纠缠贝尔态测量，获取错误比特率；根据所述错误比特率和误码率门限判断是否存在窃听，若不存在，则对所述发送用户的量子态进行编码；对所述编码后的量子态进行安全检测，判断所述编码后的量子是否存在窃听，若不存在则由接收用户获取发送用户的编码。与原始MDI‑QSDC相比，我们的协议具有更大的信道容量，并且可以同时确保通信的安全性，以防止对检测器端的所有可能的攻击。

技术领域

本发明涉及量子通信技术，尤其涉及一种基于多自由度的与测量设备无关的量子安全直接通信方法。

背景技术

量子安全直接通信(QSDC)是量子通信领域一个十分重要的分支，与量子密码学不同的是，QSDC能够实现信息的安全传输而不是只能实现通信双方共享安全的密钥。2002年，龙桂鲁教授等人首次提出了QSDC的概念。然而在实际应用的量子通信系统中，由于器件的不完美性，QSDC系统还存在着许多漏洞，窃听者会利用这些漏洞来实现各种攻击并且在不被发现的情况下获取安全的信息。在诸多攻击方式中，探测器侧攻击最为频繁。

为了解决探测器侧攻击的问题，2012年Lo等人首先提出了测量设备无关的量子密钥分发协议(MDI-QKD)，与之前的协议很大不同的是光子的探测有第三方来处理并且第三方可以是不可信任的。MDI-QKD首先解决了针对探测器端的所有攻击，因此成为了近年来研究的热点。最近，基于测量设备无关的量子安全直接通信(MDI-QSDC)也被提出来了，同样地能够解决针对QSDC的探测端的所有攻击。

目前，MDI-QSDC的研究主要针对单自由度，对三个自由度的MDI-QSDC还没有人进行探讨。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多自由度的与测量设备无关的量子安全直接通信方法，以解决现有技术中存在的传输过程中安全性不高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于多自由度的与测量设备无关的量子安全直接通信方法，包括以下步骤：

制备发送用户和接收用户的量子态；

对所述发送用户和接收用户的量子态进行超纠缠贝尔态测量，获取错误比特率；

根据所述错误比特率和误码率门限判断是否存在窃听，若不存在，则对所述发送用户的量子态进行编码；

对所述编码后的量子态进行安全检测，判断所述编码后的量子是否存在窃听，若不存在则由接收用户获取发送用户的编码。

进一步的，所述发送用户的量子态包括纠缠态和单光子态；所述接受用户的量子态包括单光子态。

进一步的，所述量子态的自由度为3。

进一步的，所述单光子态的表达式如下所示：

其中，ζ表示单光子态，P表示极化自由度，F表示第一纵向动量自由度，S表示第二纵向动量自由度。

所述纠缠态的表达式如下所示：

其中，H、V分别表示光子的水平和垂直偏振；l和r分别表示光子处于平面左边和右边；I和E分别表示光子处于平面内圈和外圈；下标1表示被编码的光子和2表示进行贝尔态测量的光子。

进一步的，所述超纠缠贝尔态的表达式如下：