[发明专利]基于控制非门的量子私密比较线路

摘要

本发明创造了基于控制非门的量子私密比较线路，在甲、乙和第三方TP操作下运行，甲拥有一个量子门，乙拥有两个量子门，第三方TP拥有一个量子门；TP产生一定数量的Bell态，这些Bell态随机地选自四种Bell态中的一种；将这些Bell态中的两个粒子分成两个量子序列，同时在其中随机插入诱骗光子，分别发送给甲和乙，甲对这些光子用量子门进行操作后发送给乙，乙对收到的光子再次用量子门进行操作后发送给TP，TP用量子门对收到的光子进行操作，并测量这些操作后的光子，根据测量结果获知此次QPC的比较结果，本发明的价值在于，用量子操作实现QPC，所以相对于现有技术而言它具有简单，高效，低成本和高安全性的特点。

主权项

1.基于控制非门的量子私密比较线路是一种用控制非量子门来实现量子私密数据比较的线路，而现有技术是通过经典计算的手段来实现的；所述基于控制非门的量子私密比较线路在两个私密数据比较方甲和乙，以及一个第三方TP的操作下运行，甲和乙分别拥有私密数据A＝a_L‑1...a₁a₀和B＝b_L‑1...b₁b₀，其中a_j,b_j∈{0,1}，j∈{0,1,...,L‑1}，2^L‑1≤max{A,B}<2^L；如果用|0>和|1>分别表示经典比特0和1，那么我们可以把私密数据A和B分别表示为量子状态集QA＝{qa_L‑1,...,qa₁,qa₀}和QB＝{qb_L‑1,...,qb₁,qb₀},其中qa_j,qb_j∈{|0>,|1>}，j∈{0,1,...,L‑1}；另外，甲拥有一个控制非量子门G0，乙拥有两个控制非量子门G1和G2，第三方TP拥有一个控制非量子门G3；所述基于控制非门的量子私密比较线路的运行过程包括以下七个步骤：步骤1：第三方TP制备L个Bell态，其中每一个Bell态都随机地选自四个Bell态即|Φ⁺>，|Φ^‑>，|Ψ⁺>，|Ψ^‑>；TP把这L个Bell态的第1和2个粒子分别组成量子序列SA和SB；为了检测在量子通信过程中是否存在监听行为，TP制备了两个诱骗光子序列D_A和D_B，其每个光子都随机地选自{|0>,|1>,|+>,|‑〉}，其中和这里分别用Z基和X基来表示{|0〉,|1〉}和{|+〉,|‑>}的测量基；TP分别将D_A和D_B中的光子随机插入SA和SB中，分别形成两个新的量子序列SA^*和SB^*；上述准备工作完成后，第三方TP将SA^*和SB^*分别发送给甲和乙；步骤2：甲和乙分别收到SA^*和SB^*之后，TP通过经典信道公布SA^*和SB^*中诱饵光子的位置和其对应的测量基；根据TP公布的信息，甲和乙进行相应的测量并将测量结果通过经典信道返回给TP；TP收到后校对甲和乙的测量结果，以便检查在量子信道中是否存在窃听者；如果TP校对后发现甲和乙测量结果的错误率超过某一预设值，这表示在量子信道中极有可能存在窃听者，那么他们将中止本次通信并从步骤1重新开始；否则，他们继续进行下一步；步骤3：甲和乙分别丢弃掉SA^*和SB^*中的诱骗光子恢复量子序列SA和SB，随后甲用Z基对SA进行测量，测量结果记为SA′＝{sa_L‑1,...,sa₁,sa₀}，其中sa_j∈{|0>,|1>}，j∈{0,1,...,L‑1}；由于量子序列SA和SB里对应的两个粒子是一Bell态，所以乙不用测量，甲的量子测量就可以揭示量子序列SB中粒子的状态，其状态表示为：SB＝{sb_L‑1,...,sb₁,sb₀}，其中sb_j∈{|0>,|1>}，j∈{0,1,...,L‑1}；所述基于控制非门的量子私密比较线路的特征在于以下的步骤4、5和6：步骤4：甲制备量子态为qa_j和sa_j的光子，并分别将它们输入到控制非量子门G0的第一和第二输入端，这样，第二量子比特在G0作用后状态转变为ra_j＝sa_j⊕qa_j，其中ra_j∈{|0>,|1>}，RA＝{ra_L‑1,...,ra₁,ra₀}，j∈{0,1,...,L‑1}，由G0的第二输出端输出；甲将RA发送给乙；步骤5：乙收到RA后，将其中的光子ra_j输入到控制非量子门G1的第二输入端，制备量子态为qb_j的粒子将其输入到G1的第一输入端；将G1第二输出端输出的状态为rb_j＝ra_j⊕sb_j＝sa_j⊕qa_j⊕qb_j，其中rb_j∈{|0>,|1>}，RB＝{rb_L‑1,...,rb₁,rb₀}，j∈{0,1,...,L‑1}的粒子输入到控制非量子门G2的第二输入端，制备量子态为sb_j的光子将其输入到G2的第一输入端；经G2的作用，G2第二输出端输出的粒子状态为rt_j＝rb_j⊕sb_j＝sa_j⊕qa_j⊕qb_j⊕sb_j，其中rt_j∈{|0〉,|1〉}，RT＝{rt_L‑1,...,rt₁,rt₀}，j∈{0,1,...,L‑1}，乙将RT发送给TP；步骤6：TP收到RT后，将其中的粒子rt_j输入到控制非量子门G3的第二输入端；如果TP在步骤1中产生的是|Φ⁺>或|Φ^‑>，那么TP制备量子态为|0>的光子mt_j，如果TP在步骤1中产生的是|Ψ⁺>或|Ψ^‑>，那么TP制备量子态为|1>的光子mt_j，即mt_j∈{|0>,|1>}，j∈{0,1,...,L‑1}，MT＝{mt_L‑1,...,mt₁,mt₀}，并将光子mt_j输入到G3的第一输入端；经过G3作用，G3的第二输出端输出量子态为r_j＝rt_j⊕mt_j＝sa_j⊕qa_j⊕sb_j⊕qb_j⊕mt_j,其中r_j∈{|0>,|1>}，R＝{r_L‑1,...,r₁,r₀}，j∈{0,1,...,L‑1}的粒子；步骤7：TP用Z基对G3输出的量子态为r_j的粒子进行测量；如果测量结果是|1>，那么TP宣布甲和乙的私有数据不同，结束本次QPC；否则TP重复本QPC过程的步骤1到6，直到QA和QB中所有的对应状态全部比较完毕，然后TP宣布两个参与方甲和乙的私有数据完全相同；所述符号⊕代表控制非量子门对两个量子比特的操作。