抗噪声的无信息泄露量子对话研究

Quantum dialogue is a kind of quantum secure direct communication which is able to realize bidirectional communication.The goal of quantum dialogue is that two remote legitimate communication parties are able to achieve the mutual exchange of their respective secret messages through the transmission of quantum signal. The information leakage problem, i.e., any eavesdropper is able to extract partial secret messages from the public announcement of a legitimate communication party without any active attack, has been a serious security threat to quantum dialogue. At present, several approaches for solving the information leakage problem in quantum dialogue have been put forward. However, all these proposed information leakage resistant quantum dialogue protocols consider not the noisy channel but the ideal channel, and are far away from practice. Hence, the research on how to make information leakage resistant quantum dialogue immune to noise should be put onto the agenda. This project concentrates on the research of anti-noise quantum dialogue without information leakage, and aims to make two legitimate communication parties exchange their respective secret messages securely and reliably under a noisy channel. This project is able to enhance the practicability of quantum dialogue on the basis of its security. . This project firstly researches quantum initial state sharing. Then, this project focuses on eliminating the disturbance from noise for information leakage resistant quantum dialogue by combining quantum initial state sharing and quantum state with anti-noise invariance in decoherence-free subspace.

量子对话是一种能实现双向通信的量子安全直接通信，致力于使远距离合法通信双方利用量子信号的传输实现秘密信息的相互交换。信息泄露问题，即任何窃听者无需采取主动攻击就可从合法通信者的公开声明中提取部分秘密信息，是量子对话的一个严重安全威胁。目前，研究者们已提出几种解决量子对话信息泄露问题的方法。然而，已提出的无信息泄露量子对话协议只考虑理想无噪声信道，没有考虑噪声信道，离实用差距甚远。关于抗噪声的无信息泄露量子对话的研究需提上议程。本项目研究抗噪声的无信息泄露量子对话，实现合法通信双方在噪声信道上安全、可靠地交换秘密信息，能在确保量子对话安全性的基础上提高其实用性。. 本项目首先研究量子初态共享方法，然后研究融合量子初态共享方法和无消相干子空间具有抗噪声干扰不变性的量子态解决无信息泄露量子对话的抗噪声干扰问题。

在项目申请时，几种解决量子对话（Quantum dialogue, QD）信息泄露问题的方法已被提出来。然而，已提出的无信息泄露QD协议只考虑理想信道，未考虑噪声信道。关于抗噪声的无信息泄露QD的研究需提上议程。本项目研究抗噪声的无信息泄露QD，旨在实现合法通信双方在噪声信道上安全、可靠地交换秘密信息，在确保QD安全性的基础上提高其实用性。. 在QD方面，本项目首先研究量子初态共享方法，然后研究融合量子初态共享方法和无消相干子空间具有抗噪声干扰不变性的量子态解决无信息泄露QD的噪声干扰问题。为解决QD的信息泄露问题，我们提出的量子初态共享新方法有：利用量子纠缠态纠缠交换结果集合编码、利用量子加密共享、利用辅助量子操作。我们提出的QD协议有：基于任意两个GHZ态纠缠交换的无信息泄露QD协议、一类基于辅助量子操作的无信息泄露QD协议、基于量子加密的无信息泄露QD协议、基于信道加密的抗集体噪声无信息泄露QD协议、基于逻辑量子比特的抗集体噪声无信息泄露QD协议、基于任意两个逻辑Bell态纠缠交换结果集合编码的抗集体噪声无信息泄露QD协议、基于逻辑Bell态的抗集体噪声认证QD协议、基于两个逻辑Bell态纠缠交换的抗集体噪声无信息泄露QD协议、基于单光子或逻辑量子比特的无信息泄露QD协议、基于逻辑量子比特和控制非操作的抗集体噪声无信息泄露QD协议、基于腔QED的无信息泄露QD协议。. 在研究有余力的情况下，我们又针对量子隐私比较（Quantum private comparison, QPC）开展研究，主要集中在设计两方和多方QPC协议上。我们采用的方法是利用多粒子量子纠缠态不同粒子间纠缠相关性、量子纠缠态之间的纠缠交换。我们提出的QPC协议有：基于六量子比特纠缠态不同粒子间纠缠相关性的两方QPC协议、基于五量子比特纠缠态不同粒子间纠缠相关性的两方QPC协议、基于腔QED原子演化规律的两方QPC协议、基于Bell态纠缠交换的多方QPC协议、基于d级cat态和d级Bell态纠缠交换的多方QPC协议、利用量子态分散制备和单向混合传输模式的基于两粒子最大纠缠态的多方QPC协议。