含噪多址量子信道容量定理的求证与应用

含噪多址量子信道的容量研究是实现量子多用户通信的基础。文中利用经典-量子纠缠产生编码定理和量子-量子纠缠产生编码定理求证了含噪多址量子信道容量定理，获得了含噪多址量子信道的经典-量子容量区域和量子-量子容量区域，并将该定理应用到多址量子相位翻转信道中，计算得到量子相位翻转信道的量子-量子容量区域，结果验证了容量定理的有效性，得到量子-量子容量区域是五边形区域。为了计算简便且不失一般性，求证过程考虑采用两输入-单输出信道的含噪多址量子信道模型。     

一种新的多用户量子密钥分发方案

提出了一种基于偏振态相位编码的多用户量子密钥分发方案。以偏振编码作为地址码以区分用户,以相位编码携带信息,具有同时调制偏振态的相位和偏振角度的特点。建立了多用户量子信道模型,通过仿真获得其安全通信距离。结果表明,本文方案不但能够有效区分多用户通信中各用户信息,而且比基于偏振编码或相位编码的量子密钥分发方案更加安全。     

多址量子退极化信道的信道容量

量子退极化信道是一类重要的量子噪声信道.为了计算简单且不失一般性,选取两输入、一输出的多用户模型,对量子退极化信道的容量进行研究,从理论上获得基于量子退极化信道的经典量子容量区域和量子容量区域.前者是一个用户发送经典信息而另一个用户发送量子信息的速率区域,后者是两个用户都发送量子信息的速率区域,并对多址量子退极化信道的性能进行分析.     

集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议

近年来,量子通信成为一个比较活跃的研究领域。由于理论上的无条件安全性以及实际应用中的可行性,量子密钥分配是量子通信中非常重要的组成部分。而集体噪声信道下的量子密钥分配协议一直被广泛研究。本文提出一种改进的集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议,以及一种可行的密钥协商方案。本协议的量子比特效率达到28.57%,是所有针对集体噪声容错的量子密钥分配协议中最好的,由此提高了量子密钥分配时的效率。     

非透明攻击方式下的B92协议的信息论研究

在量子密码中应用量子测量信道的概念及信息论理论，并以马尔可夫链串联信道模型计算了量子保密通信的B92协议在非透明攻击方式下敌手和合法接收方能获得的信息量，为合法者的安全通信和对敌手的检测提供了理论依据和标准。     

低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析

为解决低轨道量子卫星覆盖范围下,多个量子用户的接入与信息传输问题,提出了一种多波束时分量子交换方案,并详细给出了时分量子卫星交换机的工作原理。在不同的通信时隙上,为用户分别建立量子纠缠信道并进行量子信息传送。为克服星地链路及星际链路的时延问题,提出了基于量子信道字的交换和传输方法,从而降低单时隙量子比特传输的平均时延。系统性能分析与仿真结果表明,时隙个数、量子信道字长是影响系统的用户数量、吞吐量、呼损指标的关键因素。在一定的信道条件下,通过对这些系统参数进行合理设计,能够满足特定量子卫星系统的服务需求。     

基于机器学习的星地量子通信成码率预测及实验验证

星地量子通信已经验证了广域量子通信网络的可行性,面对未来量子通信网络多用户的特点,能够准确、快速预测成码率是高效利用星地量子网络资源的核心问题。提出了一种基于机器学习及恒星星像图像识别的信道预测新方法,并将此方法应用于北京地面站的观测中。实验结果表明,恒星星像的图像识别正确率可达88%,并给出是否开展星地实验的建议。在建议开展星地对接的信道情况下,预估该时段量子卫星北京地面站在仰角39.5°的筛选成码率约为8~9 kbit/s,实际星地量子通信实验的筛选成码率为8.8 kbit/s。实验结果可用于合理安排多颗卫星、多个地面站的星地对接任务,提高星地量子通信的成功率,避免浪费卫星和地面站资源,推动量子通信卫星组网的实用化研究。     

量子密钥通信网信道复用方案研究

为降低量子密钥通信网建设成本,研究分析信道复用环境下的量子通信网络。针对目前主要的经典-量子信道复用方案,对较远波长隔离方案及同波段传输方案分别建立模型,仿真分析其系统性能。结果表明,较远波长隔离方案易于实现,在短距离通信中有良好的效果,可适用于短距离高密集局域网建设;同波段传输方案对信道隔离度有着较高要求,但更加符合经典光网络波段要求并有更远的通信距离,是量子密钥城域网建设的参考方案。     

量子保密通信技术探讨

量子保密通信作为一项前沿技术得到了广泛的关注,但是,对一些与之息息相关的问题,诸如"量子信道是天然保密的吗?量子通信保密需要使用量子信息加密技术吗?身份认证能够在量子领域得到完全解决吗?"等,目前还没有形成共识。本文重点对量子保密通信的一些显著特点进行了分析和探讨。     

多用户网络环境下量子密码术

在传统的点到点之间进行量子密钥分发协议的基础上,利用量子存储技术和EPR粒子纠缠态互换的方法,提出了在多用户、多控制中心、远距离的网络环境下进行量子密钥传送的方案。与传统的点与点之间的量子密钥传送协议类似,其安全性也是建立在量子力学原理上,任何窃听者的存在必将使生成密钥的误码率上升而被合法通信用户发现。     

量子移动互联通信传输及路由协议研究

构建了量子无线通信网络模型,通过中继点两端量子信道的建立获得源端所发出的信息,实现多级量子无线网络信息的传输;基于经典认证,采用量子隐形传态和纠缠交换技术传输携带信息的量子态,实现了无线通信网络的身份认证;结合Grover量子搜索算法,在限定跳数内搜索路由度量最大的路径作为目标解径,避免了量子信道因纠缠量子对的消耗而断开,保证了成功率,降低了量子通信网络的计算量,使路由搜索快速收敛.     

基于压缩态的连续变量量子对话协议

在量子密码协议中,比较典型的量子密钥分配协议（QKD）和量子安全直接通信（QSDC）协议都只能实现信息的单向传输。而在量子对话协议中,通信双方Alice和Bob只需要一次通信便可以同时交换秘密信息。目前流行的量子对话协议都是基于离散变量实现,缺点是受到现有技术水平的限制,实用性不强,而连续变量的量子协议可以解决这个问题。基于连续变量提出了一个新的量子对话协议,采用信息论的方法对协议进行分析,结果表明该协议不仅安全,而且信道容量高于离散变量量子对话协议。     

几类非确定型量子程序的终止验证

程序验证是保证程序正确性的关键技术.由于经典世界和量子世界的本质不同,经典程序验证的技术和工具不能直接应用到量子系统.而量子程序设计语言是描述量子系统的一种新的形式化模型,量子程序的验证问题就显得更为迫切和必要.本文首先讨论了量子通讯中常用的比特翻转、相位翻转、去极化、幅值阻尼、相位阻尼等信道作为特殊的非确定型量子程序从计算基态开始运行时的可达集合和终止集合等程序验证问题.其次,把上述五种量子程序两两组合组成非确定型量子程序,根据这五种量子程序的可达集合之相似点,最终合并成三种非确定型量子程序,重点讨论了这三种非确定型量子程序从计算基态开始运行时的终止和发散等程序验证问题.研究表明：这三种非确定型量子程序从计算基态0开始运行时都是终止的;而从计算基态1开始运行时：比特翻转信道和去极化信道组成的非确定型量子程序的终止和发散与分别刻画它们的两个参数有关;比特翻转信道和相位翻转信道组成的非确定型量子程序的终止和发散只与刻画比特翻转信道的参数有关;幅值阻尼信道和相位阻尼信道组成的非确定型量子程序是发散的,其发散条件与刻画量子信道的两个参数都没有关系.本文的结果可以为量子信息安全中量子通讯协议的验证提供理论和技术支持.     

基于团簇态的跨中心量子网络身份认证方案

利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全性分析。     

抗特洛伊木马攻击的量子密钥多播通信协议

提出在一个源量子节点与M个目的量子节点组成的网络中抗量子特洛伊木马攻击的组播通信协议,源量子节点构建2n+δ个EPR纠缠对,并用发送序列标记;在发送序列中随机选取n个作为检测纠缠对,利用CHSH不等式进行信道检测;发送序列中剩余n+δ个EPR纠缠对变形为非正交的量子态作为密钥,将广播明文信息分组编码成密文,利用量子态的不精确克隆复制M份发送给每个目的节点;目的节点接收密文逆向解密。分析了通信的吞吐量、信道的利用率、协议的安全性等问题。通过分析,证明该协议能有效防止特洛伊木马攻击,保证组播信息的安全。     

Quantum secure communication algorithm based on cyclic code and information compression

For the problem that the classical secure communication was challenging to transmit information,a quantum secure communication algorithm based on cyclic code and information compression was proposed.First,the data was encoded into two sets of data with different lengths by the sender,one set of data was used for cycling coding and the other one was used to compress coding.Second,single-photon sequence was transmitted to the receiver on the quantum channel by the sender.The error number was used as the basis of channel security detection.If the channel was secure,quantum states were encoded for the data,and segment transmitted by quantum stabilizer codes.The error caused by the environment can be overcome according to characteristic of the stable code.Finally,the information was decoded after receiving the quantum information,then recirculated and decompressed to obtain data.The security analysis shows that the quantum secure communication algorithm can resist the attack of jamming and spoofing attacked.The simulation results show that good results can be obtained to 5 segments for data compression.     

在去相环境中原子态的确定性隐形传态

为了减小噪声环境对量子隐形传态的影响,针对去相环境噪声,提出了一种基于免退纠缠态和量子错误避免代码技术的量子隐形传态抗噪方案。在该方案中,将免退纠缠态的四量子比特作为量子纠缠信道,被传输的量子信息编码到两个量子比特。结果表明,整个隐形传输过程不会受到去相环境噪声的影响,并且具有100%成功几率。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。     

可控传送两qubit系统任意量子态的方案

提出了一个方案用来实现在有控制方控制下的量子网络中传送一个两qubit系统的任意量子态.整十方案所消耗的资源包括一个预先制备的由6个qubit构成的纠缠量子通道和一些经典通信资源.所使用的量子操作包括Bell测量、 H门、单qubit正交测量、 Panli门.方案中展示;只有当控制方合作时接受方才能恢复量子初态;如果有一个控制方不合作,量子态就不能完全恢复到系统的初态.