非对称量子通信的理论研究

论文摘要

随着信息技术的不断发展,信息的安全传输愈发重要。在现有的计算能力下,传统基于数学难解问题的经典密码系统正在遭受严峻的挑战。量子信息技术的出现为解决这一问题提供了可能。量子保密通信是将量子叠加以及量子纠缠等独特物理性质和经典信息理论相结合的一种新型通信方式,其安全性由量子力学特性所保证,以经典理论无法实现的方式安全的传输信息。目前,量子通信理论已成为国内外研究热点,相关的基础理论和实验研究获得了飞速的发展。本文主要研究非对称量子通信的相关理论,内容包括量子隐形传态(Quantum Teleportation,QT)和远程态制备(Remote State Preparation,RSP)。其中,对量子远程态制备的研究侧重于完成多方量子比特的安全传输,对量子隐形传态的研究则聚焦于实现特定的应用。论文的主要工作如下:1、研究单向、双向、非对称以及环形的量子隐形传态和量子远程态制备等量子通信协议。通过对协议中涉及到不同的量子信道(纠缠态)的特点和优势进行总结和归纳,提出了一个产生纠缠的新方法,可用于隐形传态和远程态制备的多方量子通信。作为新方法的应用之一,本文设计了一种新型的量子安全通信,即环形远程态制备。首先提出了一个四方单比特态的控制环形RSP协议,然后将它扩展成制备任意量子态的多方控制环形RSP。同时指出,先前的双向和非对称协议可以看作是本文环形RSP协议的一种更简单的形式。2、量子隐形传态大多都使用最大化纠缠态作为量子信道,但最大化纠缠资源只存在于理想情况下。研究了非最大化纠缠信道的量子隐形传态,基于非最大化纠缠GHZ态提出了一个新型的概率控制隐形传态方案。通过引入多参数通用测量,可以根据量子信道参数调整测量基参数,进而实现最佳的成功概率。加入了量子控制者,使方案具有更高的灵活性。同时该方案可以被扩展到接收者没有足够量子能力的半量子通信情况,进一步扩大了概率隐形传态的应用范围。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1.绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 量子隐形传态
•     1.2.2 量子远程态制备
•     1.2.3 双向非对称量子通信
•   1.3 论文的主要工作和安排
• 2.量子信息理论基础
•   2.1 量子比特
•     2.1.1 量子比特的向量表示
•   2.2 常用的量子门和线路符号
•   2.3 量子测量
•   2.4 量子纠缠
•     2.4.1 常见的纠缠态
•   2.5 本章小结
• 3.任意量子态的控制环形远程态制备
•   3.1 引言
•   3.2 量子通信协议的研究与分析
•     3.2.1 单向量子通信
•     3.2.2 双向量子通信
•     3.2.3 非对称量子通信
•     3.2.4 环形量子通信
•     3.2.5 非对称协议的设计与分析
•   3.3 量子信道的构建
•   3.4 单比特态的控制环形RSP
•     3.4.1 任意单比特态的四方控制环形RSP
•     3.4.2 任意单比特的多方控制环形RSP
•   3.5 任意量子态的控制环形RSP
•   3.6 分析和讨论
•   3.7 本章小结
• 4.GHZ态的多参数控制概率隐形传态
•   4.1 引言
•   4.2 .方案介绍
•   4.3 扩展到半量子情况的方案
•   4.4 方案的成功概率和经典花费
•     4.4.1 成功概率
•     4.4.2 经典花费
•   4.5 讨论
•   4.6 本章小结
• 5.总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨晨

导师: 王明明,颜建强

关键词: 量子安全通信,量子隐形传态,远程态制备,非对称通信,环形通信

来源: 西安工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 西安工程大学

分类号: O413;TN918

DOI: 10.27390/d.cnki.gxbfc.2019.000430

总页数: 58

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