基于多粒子态的分层量子信息拆分协议研究及仿真

论文摘要

目前,大多数的密码技术都是以复杂的数学计算体制为基础来保证安全的。然而,近年来量子算法的提出给传统的密码技术带来了安全隐患。为了解决这些问题,人们提出了以量子力学作为其安全性保障的量子密码技术。量子密码技术的相关原理已经深入到通信技术中,称为量子保密通信技术。量子信息拆分协议是量子保密通信技术的研究热点之一。目前,量子信息拆分协议已经存在不同多粒子纠缠态实现的方案,但是其中对分层方案的研究较少。本课题主要对分层量子信息拆分协议进行研究。首先,本文分别研究了使用四粒子纠缠态、六粒子纠缠态实现的任意单量子比特的确定性分层量子信息拆分协议,并在此基础上提出了一个通用模式。其次,本文使用两个非最大纠缠簇态作为量子信道,提出了任意两量子比特的概率性分层量子信息拆分协议,并且成功地将三个代理者的密共享扩展到多个代理者的秘密共享。针对协议中存在攻击者的情况,文中提出了安全性检测办法,并在不同的攻击方式下对提出的协议进行了安全性分析。本文还对量子信息拆分协议的通信效率的计算进行了定义。最后,本文使用面向对象的语言JAVA对量子通信基础进行了仿真,对前面研究的确定性分层量子信息拆分在无攻击的情况下进行了仿真实验,还对提出的概率性分层量子信息拆分协议进行了不同攻击方式下的仿真实验,从实验上验证了提出协议的可行性以及安全性。本文提出的概率性分层量子信息拆分协议与其他概率性分层量子信息拆分协议更具优势:首先,协议实现了任意的两量子比特的信息拆分,而之前的概率性分层量子信息拆分协议实现的都是单量子比特的信息拆分;其次,协议扩展到多个代理者的情况,协议的可扩展性更强。本文通过面向对象的语言Java对量子系统进行合理仿真,实现了量子通信协议在经典计算机上的仿真,为量子通信协议的实验验证提供了一个解决的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•   1.3 论文主要工作和内容安排
•     1.3.1. 主要工作
•     1.3.2. 内容安排
• 第二章 量子保密通信理论
•   2.1 量子保密通信基本知识
•     2.1.1. 量子比特
•     2.1.2. 量子逻辑门
•     2.1.3. 量子测量
•     2.1.4. 量子纠缠
•   2.2 量子力学三大基本原理
•   2.3 量子隐形传态
•   2.4 本章小结
• 第三章 确定性分层量子信息拆分协议
•   3.1 确定性分层量子信息拆分协议
•     3.1.1. 三个代理者
•     3.1.2. 五个代理者
•     3.1.3. 通用模式
•   3.2 最大纠缠态的不足
•   3.3 本章小结
• 第四章 概率性分层量子信息拆分协议
•   4.1 非最大纠缠态实现隐形传态
•     4.1.1. 联合幺正变换实现
•     4.1.2. POVM测量实现
•   4.2 基于POVM测量的概率性分层量子信息拆分协议
•     4.2.1. 三个代理者
•     4.2.2. 五个代理者
•     4.2.3. 多个代理者
•   4.3 安全性分析
•     4.3.1. 外部攻击
•     4.3.2. 内部攻击
•   4.4 效率分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 分层量子信息拆分协议仿真
•   5.1 仿真设计思路及架构
•     5.1.1. 设计思路
•     5.1.2. 仿真架构
•   5.2 量子通信基础仿真
•     5.2.1. 量子态仿真
•     5.2.2. 量子逻辑门的仿真
•     5.2.3. 量子测量的仿真
•   5.3 分层量子信息拆分协议的仿真
•     5.3.1. 通用抽象类设计
•     5.3.2. 确定性分层量子信息拆分协议
•     5.3.3. 概率性分层量子信息拆分协议
•   5.4 本章小结
• 第六章 结语
•   6.1 工作总结
•   6.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦蕾茹

导师: 郭文明

关键词: 分层量子信息拆分协议,量子仿真,簇态,正算子值测量

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 北京邮电大学

分类号: O413;TN918

总页数: 76

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