噪声环境下的量子多方保密通信研究

Quantum noise severely affects the security and reliability of quantum communication system. In the past years, fruitful achievements have been made in the field of quantum key distribution in the presence of quantum noise. However, there are few achievements of quantum multiparty secure communication protocols, which mainly focus on quantum secret sharing (QSS) of classical information against collective noise. In this project, taking quantum state sharing, multiparty remote state preparation and QSS as our major targets, we are going to study the process of each protocol in collective/mixed noisy environment, where same/different noises act simultaneously in each protocol. We are going to discuss the relationships among noise type, noise parameters and performance of each protocol. And we are going to simulate each process by using quantum programming. Based on the results of the above studies, we are trying to find out efficient ways to reduce or even eliminate the influences of quantum noise, then to propose multiparty communication protocols resist quantum noise. Our research will be helpful for the development of quantum secure communication and quantum network.

量子噪声会严重影响量子通信系统的安全性和可靠性。近年来，对量子噪声环境下的量子密钥分发的研究取得了不少成果。但是，量子噪声环境下多方保密通信协议的研究相对较少，主要集中在联合噪声下共享经典信息的量子秘密共享(QSS)协议。课题将以量子多方保密通信协议中的量子态秘密共享、多方远程制备以及QSS为主要对象，研究不同类型的量子噪声联合或者混合作用时对多方协议的影响，讨论噪声参数与协议关键性能参数的关系；研究相关的量子编程技术，利用量子程序模拟多方协议的执行过程；在此基础上，研究抵抗和消除量子噪声的有效方法，设计抵抗量子噪声的相关协议。课题的研究将为量子保密通信和量子网络的发展提供有价值的支持。

量子噪声会严重影响量子通信系统的安全和可靠性。量子噪声环境下多方保密通信协议的研究相对较少。项目按照既定研究计划，主要研究了不同量子噪声及其组合对于量子多方保密通信协议的影响，研究了对抗消除不同类型量子噪声的新方法，研究了构建抵抗量子噪声的多方保密通信协议的有效途径。同时，项目对包括半量子密码在内的新型量子保密协议等内容进行了探索。.项目重要成果如下：.1、量子噪声对多方协议的影响。分别研究了不同类型的量子噪声对量子多方远程制备、量子态秘密共享、经典信息量子秘密共享以及量子信息隐藏等多方协议的影响，讨论了不同噪声类型及其参数与协议关键性能的关系。研究发现，可以有意地向量子通道中添加额外的量子噪声，从而在量子噪声的影响下提高协议性能。以上成果对于分析量子噪声对于多方安全通信协议的影响具有一定帮助，将对量子多方安全通信理论和实验产生积极影响。.2、抵抗量子噪声技术。研究了具有后选择的弱测量及其逆测量技术(WMRM)对量子噪声的抑制，定量分析了量子噪声环境中WMRM技术可以在多大程度上改善量子输出态，研究全面澄清了弱测量技术对不同量子噪声的影响，并解释了原因，相关结果有助于指导和改善基于纠缠的量子通信系统的效率。.3、新型量子保密通信协议。研究了半量子密码协议，提出了高效的半量子密钥分发协议，严格证明了协议针对最一般攻击的信息论安全性；研究了半量子安全直接通信，基于单光子提出了一个具有身份认证的两步协议，可用于防止冒名顶替和中间人攻击。提出了一种新的量子纠缠生成方法，设计了一种新型的循环量子安全通信协议。拓展了量子保密通信的应用领域。