盲量子计算协议关键问题研究

In blind quantum computation, there exist a client and several servers, where the client does not have sufficient quantum computability while the servers have the full-advanced quantum computers and quantum technology. Therefore, it allows the servers to carry out quantum computation for the client and keeps the client’s inputs, outputs and computation perfectly private. Although there have been proposed a few blind quantum computation protocols, such as one-way quantum computation protocols and verifiable blind quantum computing protocols, there are some aspects of blind quantum computing worth studying deeply. In this project, we will study the protocols of blind quantum computing. This research project consists of four sections: 1) We will propose blind quantum computing protocols without quantum channel nosing. The entanglement purification techniques and entanglement concentration techniques can be used to degrade the effects of quantum channel noise. 2) Universal rotating quantum gates-based blind quantum computing protocol will be realized. The blindness of universal rotating quantum gates and the correctness of the quantum computation can be proved. 3) Blind quantum computation technology is applied to hiding quantum Fourier transform, which can keep the client’s information and algorithms as confidential as possible for the servers.4) Graph state-based blind quantum computing protocols will be proposed. It is still a challenge for the clients and the servers to carry out the graph state which is composed of less qubits and can be realized more quantum gates. Therefore, the proposed blind quantum computing protocol based on graph state is very meaningful for realizing the secure blind quantum computing.

在盲量子计算中, 客户端几乎没有任何量子技术，而服务器拥有最先进的量子计算机和量子技术，因此客户端可以委托服务器帮他进行量子计算而不泄露任何量子输入、量子算法和量子输出的私密信息。目前已有学者提出了基于单向量子计算模型的盲量子计算协议、具有验证功能的盲量子计算协议等，但是盲量子计算还存在很多方面值得深入研究。本项目将对盲量子计算协议进行深入的研究。主要内容包括：1）研究抗噪声干扰的盲量子计算协议，利用纠缠纯化技术和纠缠浓缩等技术解决噪声带来的影响。2）实现通用旋转量子门的盲量子计算协议，并证明通用旋转门的盲性和量子计算的正确性。3）提出针对量子傅里叶变换的盲量子计算协议，是为了让用户的信息和计算的过程相对于服务器来说尽可能地保密。4）提出基于图态的盲量子计算协议，因为构造粒子数更少的图态，并实现更多的量子比特门仍是学界的一个难题，所以该协议的提出对于实现安全的盲量子计算有着非常重要的意义。

在基于测量的盲量子计算中, 用户几乎没有任何量子技术，服务器拥有最先进的量子计算机和量子技术，因此用户可以委托服务器帮他进行量子计算而不泄露任何输入、算法和输出的私密信息。盲量子计算已经成为国内外研究的热点。从国内外研究现状可以看出，目前盲量子计算的研究仍存在很多不足，盲量子计算的研究具有极大的挑战性。本项目对基于测量的盲量子计算协议进行了深入的研究。主要内容包括：1）提出去噪声 、去中心化的盲量子计算协议，利用纠缠纯化技术和纠缠浓缩等技术解决噪声带来的影响。2 ）提出通用旋转量子门的盲量子计算协议，并证明通用旋转门的盲性和量子计算的正确性。3 ）为了让用户的信息和计算的过程相对于服务器来说尽可能地保密，提出了隐藏量子算法的盲量子计算协议，4）为了给用户和服务器的量子通信和经典通信提供有效的认证机制，提出了实现身份认证的盲量子计算协议。本项目已发表34篇论文（其中 SCI检索30篇, 15篇IEEE Transactions论文，3篇SCI高被引论文，17篇中科院SCI一区论文，8篇中科院SCI二区论文，本项目所发表论文的SCI总被引843次），申请了两项国家发明专利；培养了 1名博士生和 8名硕士生。