蔡庆宇[1]2004年在《量子安全通讯与量子态的基本性质理论研究》文中进行了进一步梳理量子信息利用量子力学的基本原理结合经典信息的性质对信息进行表示和处理。量子计算强大的处理能力以及量子安全通讯的绝对安全性,激发了研究者极大的兴趣。量子安全通讯也是量子信息领域目前被认为最有可能率先实用化的方向之一。然而,早期的量子密钥分配协议,并没有充分利用量子力学的优点。因此,深入研究和探讨量子安全通讯的理论,是量子安全通讯实用化的迫切需要。虽然量子计算的强大处理能力给我们描绘了一幅宏伟蓝图,但是关于量子计算的一些基本性质,如信息的制备、操纵、存储与擦除,都需要深入的研究。本文对量子安全通讯理论和量子态的一些基本性质进行了深入的探讨,具体内容如下:1.提出了一种利用单光子混合态进行直接的量子安全通讯的协议。该协议属于首次使用单光子作为载体允许信息不经加密而直接发送给接收者。我们给出了相应的安全性证明,并且对该协议的实验可行性进行了论证。2.对ping-pong协议进行了深入的研究。首次指出了无窃听攻击对量子安全通讯的影响,提出了一种利用拒绝服务攻击对ping-pong协议进行攻击的方案。把密集编码原理应用到ping-pong协议中,在不增加通讯者工作量的前提下,把ping-pong协议的信道容量提高了一倍。并且给出了安全性证明。给出了一种简单的针对ping-pong协议的窃听方案。考虑了量子道噪声对ping-pong协议影响,给出了ping-pong协议的密钥分配方案。并且计算出了量子道噪声的上限。3.研究了拒绝服务攻击对量子安全通讯的影响,指出量子非局域性可以保护量子安全通讯避免遭受到拒绝服务的攻击。提出了一种利用量子非局域性的直接的量子安全通讯协议,真正意义上实现了一次性便笺密钥。利用量子的非局域性,结合目前的实验技术,可以避免窃听者的拒绝服务攻击。同时,利用量子的非局域性,提出了一种多人同时通讯的协议。4.研究了量子系统可获得信息与量子操作的关系,以及量子寄存器中信息的存储、擦除与恢复。研究的结果表明,可获得的信息在任何的量子操作下,都不会增加。量子系统的可获得信息的减少,是限制量子精确操
王栋[2]2010年在《量子远程态制备及逻辑门实现》文中研究指明量子信息是二十世纪八十年代兴起的一门科学,它是基于量子力学和信息科学相结合的学科。迄今为止,量子信息科学发展迅速,人们提出了相当多的重要理论,并且相关的实验研究也取得了巨大进步。在量子信息科学中,有两个基本概念：量子逻辑门和纠缠态。其中,量子逻辑门是描述量子态演化的幺正算子。量子计算的过程可以看作是一系列基本的量子逻辑门作用在一个标准的初态上,然后进行一些标准的测量的过程。也就是说,量子逻辑门是量子计算过程中的基本单元。我们知道,纠缠态在量子信息处理过程中扮演及其重要的角色。它不仅可以用来检验量子力学理论,还是处理量子信息最核心的一种资源。它有许多重要的应用,例如我们所熟悉的量子隐形传态、量子远程态制备、量子克隆等。正是量子逻辑门和纠缠态的在量子信息处理中的重要地位,引起了人们广泛的研究和关注。而本论文主要研究对象正是逻辑门的远程实现和远程态制备。全文共分为七章,其中第四、五和六章是本人的工作,整篇论文框架如下：第一章主要介绍本论文的研究工作及其背景,其中简述了量子信息的提出和发展,并给出了本博士毕业论文主要的研究对象和全文的结构安排；第二章主要介绍本论文所涉及的基本概念和重要理论,包括量子比特、量子不可克隆定理、量子酉操作、投影测量、POVM测量,以及概述了量子信息、量子并行计算以及量子通讯等概念;第叁章我们着重介绍了量子纠缠态的概念、判定、分类及其度量,并且介绍了其重要的应用——量子隐形传态、量子远程态制备、量子远程克隆以及量子密集编码等概念。第四章详细介绍我们的理论方案——远程实现多量子比特相位门方案。并就我们方案的特点进行了一系列讨论,同时对我们的方案和其他方案进行了比较。第五章详细介绍基于非最大纠缠信道和POVM任意两粒子纠缠纯态的远程制备理论方案。并对方案的实验可行性进行了分析,对方案的特殊性进行了一些讨论和比较。第六章详细介绍了在四能级系统中远程制备单粒子和两粒子比特纠缠纯态的理论方案。基于最大纠缠信道和经典通讯,我们能够实现概率性的远程态制备(RSP)。此外,我们分析了方案的特殊性和实验可行性。最后,我们对全文做出总结,并对日后研究工作提出了展望。
王国友[3]2007年在《簇态在量子信息中的应用研究》文中指出量子信息学是由量子力学和信息科学相结合而形成的崭新的交叉学科，是目前物理学和信息科学前沿研究的热门领域。量子信息的核心旨在巧妙地利用量子相干性对信息的新型载体——量子比特进行操纵控制，以量子物理学的方式进行信息的编码、存储和传递。如今在理论上量子信息处理和量子通讯处于火热的探讨之中。我们在量子态的纠缠、量子隐形传态、量子安全通讯等领域作了一些研究。我们提出了利用簇态来传输态的实现方案和基于簇态的量子安全直接通讯方案，它们对量子信息处理和量子通讯有重要意义。全文分为五章。第一章介绍了量子信息领域的发展历史及进展。第二章研究了量子信息学的基本理论，包括量子比特、量子逻辑门、量子纠缠、量子测量等方面的内容。第叁章介绍了量子隐形传态；研究了簇态的一些特性，如它是最大关联的和它的相关性等于它们的Schmidt测量等；给出了利用簇态来传输态的两种实现方案。第四章介绍了量子不可克隆定理、量子密钥分配原理和一种典型的安全通讯，即“ping-pong”协议。不同于量子密钥分配，量子安全直接通讯是在通讯双方之间直接进行秘密信息的传输。详细给出了我们的基于簇态的量子安全直接通讯方案。该方案以一维线形簇态为基础，利用一些酉操作和测量来进行量子通信，还分析了它的安全性，窃听者采用拦截-重发攻击带来的错误率达43.75％。第叁章第五节和第四章第五节是本工作的主要创新之处。第五章是我们对本文的工作进行了简要的总结，并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。
满忠晓[4]2005年在《对若干量子安全通讯协议的研究与改进》文中指出量子理论与经典信息论相结合产生了一门新的学科—量子信息。量子安全直接通讯作为量子信息领域内的重要研究方向之一，是量子力学基本原理在保密通讯领域内新的应用，这方面的研究具有一定的理论探讨意义。安全直接通讯较之于通常的以量子密钥分发为基础的量子密码术明显地具有方便快捷高效性，因而前者较之于后者在安全性方面也要求更高。以量子密钥分发为基础的量子秘密通讯在现实中已经实现，安全直接通讯由于其本身的优越性，在现实中其应有广阔的应用前景。本文在量子安全直接通讯研究方向上就安全直接通讯方案及其安全性保障等方面作了如下的一些研究工作：1．(a)利用纠缠交换性质和局域幺正操作对ping-pong协议进行了改进，成功地防止了对ping-pong协议的无窃听攻击。(b)通过改进Wójcik对ping-pong协议在损失道中的窃听方案，把ping-pong协议量子信道传输效率的不安全上限从原来的60％提高到现在的80％。在后续的工作中该上限被进一步提高到100％，由此表明即使在理想信道下ping-pong协议也是不安全的，需要利用两套测量基方法以防范可能的窃听攻击。2．利用量子纠缠交换和局域幺正操作的性质，结合“群发”量子比特这种通讯方式的优势，在此基础上，提出了一种基于量子纠缠交换和局域幺正操作的安全直接通讯方案，并把该方案和“两步协议”作了比较研究。虽然表面上该方案的传输效率有所降低，但是传输的安全性得到了加强，一旦确定信道是安全的，就有可能预期信息发送的成功，所以我们认为实质上通讯效率并没有降低。3．就ping-pong协议在双向通讯中的应用进行研究。发现利用该协议可以实现“量子对话”的任务，通讯双方可以同时互相传递信息。对Ba An Nguyen提出的“量子对话协议”进行了进一步的研究，发现他们的协议在截取-发送窃听攻击下是不安全的，通讯内容被完全窃听而窃听没有发现。我们对Ba An Nguyen的协议作了改进，这样截取-发送窃听攻击就可以被发现，从而可以实现真正的量子对话。
武艳花[5]2011年在《基于量子中继的量子直接通讯理论的研究》文中研究说明由于科技革命带动技术的飞速发展,经典通讯已经逐渐不能满足人类的对信息传输的需求。提高信息传输的高效性、安全性一直是个开放性的话题,人们在如何可以进行长距离低能耗的传输信息方面做了大量的研究工作。量子通讯理论的提出为信息技术的发展提供了新的方向。近年来量子通讯在实验上的快速进展,引起了众多研究者的高度关注。量子安全直接通信(QSDC)以其自身的优势,很快成为量子通讯领域的一个重要分支。本论文共分为四部分。前叁个部分系统的给出了量子通信的研究现状,信息学基础,和几种基于量子纠缠转移的量子通讯过程等内容。第四章中我们详细的给出了几种基于量子纠缠的QSDC模型。提出借助于量子中继实现长距离低能耗的量子安全直接通信方案,给出长距离QSDC编码-解码公式,并提出一个安全的量子信息双向暂时寄存方案。此方案提出通信双方可以同时把要传送给对方的信息暂时存储在第叁者手中,第叁者却不能获知此机密信息。
孔令浩[6]2015年在《量子通信中量子通信协议的研究》文中提出量子信息学是一个把量子力学和信息科学联系起来的崭新的学科。在量子信息学里面量子通讯是的一个十分重要的研究热点,借助量子力学特色,达成高等安全性的信息处理跟传输是经典通信没法相比的。量子通讯把量子力学的定律引入传统通信中,其安全性由量子力学的基本原理所保障,如未知量子态不可克隆、非正交量子态不可区分、量子态测量无法不扰动系统状态等,可以实现绝对安全的通信。量子通信将按照其传递的信息为经典信息跟量子信息成为两类。传递经典信息的量子通信主要有两种形式：量子密钥分发(Quantum Key Distribution)、量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication)。传递量子讯息的量子通信形式主要是量子隐形传态(Quantum Teleportation),它是量子通信范畴中最备受瞩目的目标之一在量子通信技术中,量子信道作为传输通道是非常重要的,因此怎样选择量子信道是我们的研究重点。为了严格地确保量子通信、计算的有效性跟正确性,创设怎样的量子信道是量子信息钻研中的首要课题。因此,本文总结了选取量子信道的一般张量表示方法。在本文中,首先提出了一种利用量子纠缠交换的双向量子隐形传态,然后在利用这个双向量子隐形传态提出一种双向量子安全直接通信协议,在这个协议中,Alice和Bob就能同时读取双方已编码的信息,并且不需要在量子信道中传输携带秘密信息的量子比特,并且对双向量子安全通信进行安全分析,确保量子通信中信息的安全。在量子通信的过程中,量子信道是十分重要和不可缺少的部分,因此,本文还总结了选取量子信道需满足的必要条件,本文选取的用张量表示的方法,比以前的计算方法更加直观明了,给出了在量子双向隐形传输中选取量子信道的判断依据,方便了以后的计算。
洪海莲[7]2008年在《利用腔QED实现量子信息转移问题的研究》文中提出量子信息学是一门新兴的交叉学科,是近年来出量子力学和信息科学相结合而诞生并逐步发展起来的。量子信息论显示了经典信息科学所无法比拟的优势,如果量子通信与量子计算得以实现,那对现有的信息产业来说将是一场意义深远的革命。当前量子信息学无论在理论上,还是在实验上都在不断取得重要突破。在量子信息学中,纠缠态是其最基本的要素,而以它为基础的一些研究方向如纠缠态的制备,量子隐形传态等,也决定着量子信息网络能否最终实现。到目前为止,以上课题都取得了重要的突破但随着量子信息学往更深层次的发展,如何更加准确,更加节省资源的制备和传输纠缠态也逐渐成了量子信息学中急需解决的一个问题。目前,腔量子电动力学(腔QED)被认为是最有前途的方案之一。本文主要内容为:1、利用腔QED技术,提出了远程制备两原子纠缠态。其优点在于此方案在绝热条件下进行,原子在激发态没有布局,从而有效抑制原子的自发辐射。且不需要测量,减少了操作步骤和资源。2、提出了用叁对最大的纠缠态作为量子通道远程传输一个叁粒子纠缠态,此方案的优点在于其节省了更多的经典资源。
王雅红[8]2008年在《量子信息远程传输的理论研究》文中指出量子信息学是以量子力学为基础的信息理论,是信息理论和量子理论的交叉学科,它为信息科学的发展提供了崭新的原理、方法和途径。量子信息远程传输是量子信息领域研究的主要课题,是实现量子远程通讯和量子计算的必要步骤,在基础理论和实际应用两方面均具有重大意义。在量子信息传输过程,纠缠态是必不可少的物理资源,如何根据需要制备相应的纠缠态是量子信息学的一个重要课题。量子通讯过程要伴随着一定量经典信息传输,如何在保证信息安全的同时,尽可能减少物理资源的消耗,也是量子信息理论所关注的一个问题。基于以上想法,本文着重对纠缠态的制备、量子隐形传态和量子远程态制备两种量子信息远程传输方式进行研究,主要研究成果如下:(1)提出在腔QED中实现n-体对称W态及两种非对称类-W态制备方案。这两种非对称类-W态纠缠方式不同,但他们有共同的纠缠特性,利用这种纠缠特性,实现确定的单向受控量子隐形传态。(2)借助于腔QED,提出几种未知量子信息远程传输——量子隐形传态方案。无需直接Bell态测量的多原子任意态受控隐形传态方案,用对单原子投影测量来代替在实验上难以实现的直接Bell态测量,并引入十进制数来表示多量子比特量子态,简化了复杂多体问题的数学表达式。利用一个EPR对实现n-体类-GHZ态的量子隐形传态方案,整个通讯过程只需要一个EPR对和3 cbits的经典信息,大大节省了物理资源,缓解信道压力;利用非对称类-W态实现确定的单向受控量子隐形传态,在没有噪声的条件下,Alice可以将量子信息准确无误地发送给任一个客户,但每一个客户只能控制配合整个信息的传输过程,客户之间不能实现确定的信息传递,这样便保证了信息的安全性。基于以上方案,总结出基于腔QED理论实现确定隐形传态的纠缠态特点。最后,提出超算符方法处理两个qubit任意态确定隐形传态理论方案。(3)提出两种已知量子信息远程传输——量子远程态制备(RSP)方案。一个是,n-qubit“equatorial”态受控RSP方案,用(n—1)个EPR对和一个GHZ态作为量子通道来完成n—qubit“equatorial”态远程态制备,这一过程受到一个监控者控制,需传输n+1 cbits的经典信息;另一个是,单个qubit任意态RSP方案,借助于腔QED理论,在只传输1 cbit的条件下,实现单个qubit任意态远程态制备。该方案又分为两种不同的实现方式,这两种方式的不同点表现为:量子通道中粒子纠缠形式不同,即RSP过程所消耗的量子资源(纠缠)不同。该RSP方案可以推广至多个二能级原子任意态远程态制备。
范青霖[9]2017年在《量子（k,n）门限秘密共享方案的研究与设计》文中指出1984年,Bennett和Brassard提出了第一个量子安全通讯协议,其相比于经典传输协议具有更高的安全性。1999年,第一个量子秘密共享协议,即HBB协议,第一次将量子协议拓展到秘密共享的领域。而同年由Kalsson等基于此协议提出的门限秘密共享协议更是拓宽了量子安全通讯协议的使用范围。近年来,若干研究者致力于量子门限秘密共享的研究。本文基于量子计算的方法对已有的经典Shamir秘密共享方案进行了改进。经典方案对参与者的诚实性做出了正面的假设,但在实际使用中,参与者所提供的数据会由于各种因素产生错误。该方案首先依据经典方案的数学基础对秘密进行了拆分,并依据与经典方案相同的数学原理在数据中设计了校验函数。其次,为保证子秘密传输过程中的安全性,我们为该方案设想了一套基于Bell态纠缠交换和Pauli操作的传输策略。在最后的恢复阶段,该协议需在秘密恢复之前先进行诚实性检验,唯有在检验通过的情况下方可执行秘密的恢复操作。诚实性检验和恢复操作均基于拉格朗日插值法。通过计算和分析表明,修改后的方案其传输过程具备正确性且传输过程中数据无法被监听或复制。同时,参与者在执行过程中的任何一种欺骗行为都能够以较高概率被察觉,即校验位越多,该概率越趋向于1。较之经典方案,本方案具有较高的传输安全性且能应用于对参与者不完全信任的场景;较之已有量子可验证门限秘密共享方案,本方案执行和理解起来较为简单。
石瑛[10]2014年在《双原子系统中的量子纠缠演化及其在量子通讯中的应用》文中研究指明量子信息学是以量子力学和信息科学为基础的一门新兴交叉学科,它主要利用量子态的相干性、量子纠缠等量子力学的奇妙特性来完成传统的信息任务。量子信息在信息处理任务中具有相应的经典信息无法比拟的优越性,如超快的运算速度,超大的信道容量以及无法破译的保密通讯等。近年来以场量子和实物粒子作为信息载体的相关研究引起了广泛关注,尤其是基于腔QED(腔量子电动力学)的设计方案,由于具有较长的退相干时间以及高品质的腔,并可以在实验上实现原子与场的强耦合,被认为是最有前景的量子信息方案之一。本论文主要工作就是基于原子和光场相互作用模型,研究在不同方案下双原子的量子关联演化并完成纠缠态的制备、量子态的隐形传输等信息处理任务。全文共分五章,其中第叁章到第五章是我们的主要研究工作,整篇论文的具体内容安排如下：第一章介绍了论文的研究背景和研究意义,主要包括量子计算和量子通讯的研究历史和研究意义以及量子信息物理实现的物理系统的介绍,并给出全文的主要研究内容和章节安排。第二章介绍了本文研究内容的基本概念和基础知识,主要包括量子比特,通用量子门,几种常用的量子关联判据和度量方法以及光场的几种非经典态。第叁章在光和原子相互作用的量子系统中,利用量子纠缠转移技术和量子直接通讯技术,我们提出了一个实现双向量子信息存储与交换的方案。通过分析原子与光子相互作用,可以制备出原子-光子的纠缠态。利用单光子探测技术,可以完全的分辨出光子的Bell态,从而准确的实现纠缠转移,即将原子与光子的纠缠转移到原子-原子上。之后,利用单原子存储技术,将方案中的操作信息存储到目标原子上。此方案的优点是,首先,可以实现远距离的双向量子对话,将双方信息进行交换。其次,利用第叁方进行信息的交换与存储的同时不被第叁方获取任何信息,即不需要第叁方提供认证,从而保证了通讯的安全性。最后,信息存储在第叁方的原子上,理论上合法的通讯双方可以选择任何时间完成对话。第四章给出了如何利用热场动力学的方法研究双原子系统稳态纠缠随温度变化的问题。我们介绍了热场动力学的研究方法,并利用该方法来处理处于相同温度下存在相互作用的双原子系统以及处于不同温度的没有任何相互作用的双原子系统的纠缠演化问题。使用q一形变谐振子形式,在q-Fock空间将哈密顿量展开,再利用热场动力学方法,得到系统热化后的原子频率以及耦合系数的变化对不同温度下系统量子关联的影响以及维持系统量子特性的条件。第五章研究了量子通讯中重要的纠缠对共享资源,主要包括如何从连续变量系统中提取纠缠,并远距离制备纠缠对原子。我们提出一个模型,同时包含连续变量系统与离散变量系统,通过研究两种系统的动力学演化,我们发现连续变量系统纠缠与离散变量系统纠缠之间可以相互转化。而且,在光场耦合强度非对称的情况下,不影响远距离两个离散系统获取的纠缠大小。同时,我们还计算了离散变量系统获取最大纠缠以及稳定纠缠的条件。最后,我们给出全文的总结和展望。
参考文献：
[1]. 量子安全通讯与量子态的基本性质理论研究[D]. 蔡庆宇. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2004
[2]. 量子远程态制备及逻辑门实现[D]. 王栋. 安徽大学. 2010
[3]. 簇态在量子信息中的应用研究[D]. 王国友. 湖南师范大学. 2007
[4]. 对若干量子安全通讯协议的研究与改进[D]. 满忠晓. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2005
[5]. 基于量子中继的量子直接通讯理论的研究[D]. 武艳花. 大连理工大学. 2011
[6]. 量子通信中量子通信协议的研究[D]. 孔令浩. 天津工业大学. 2015
[7]. 利用腔QED实现量子信息转移问题的研究[D]. 洪海莲. 福建师范大学. 2008
[8]. 量子信息远程传输的理论研究[D]. 王雅红. 大连理工大学. 2008
[9]. 量子（k,n）门限秘密共享方案的研究与设计[D]. 范青霖. 东南大学. 2017
[10]. 双原子系统中的量子纠缠演化及其在量子通讯中的应用[D]. 石瑛. 大连理工大学. 2014
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