一种态制备误差容忍的量子数字签名协议

量子数字签名(quantum digital signature,QDS)能够以信息论安全保证签名消息的不可伪造性、不可否认性和可转移性,近年来备受关注与研究.其中,利用正交编码方式提出的信息论安全的实用化QDS协议,成为目前QDS研究的主流范式.然而,现有QDS理论和实验都忽视了态制备过程中由于调制器件的不完美性可能引入调制误差.本文针对此问题提出态制备误差容忍的QDS协议.仿真结果表明,相比原来的QDS协议,本协议对态制备误差具有较好的容忍度,能实现更高的签名率和签名距离.另外,本协议在密钥产生阶段只需要制备3个量子态,降低了实验要求和难度.因此,本协议将对未来QDS的实际应用提供重要的参考价值.

实用化态制备误差容忍参考系无关量子密钥分发协议

在实际量子密钥分发系统中,实际器件不理想可能导致系统存在安全性隐患.比如,光源端的编码设备不理想,可能导致量子态存在误差;探测端的探测器存在缺陷,可能产生后脉冲或死时间效应,从而影响系统的实际安全性.因此,本文提出了一种同时考虑光源端和探测器缺陷的实用化态制备误差容忍参考系无关量子密钥分发协议.本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算.本协议通过利用虚拟态方法估算相位误码率,降低了态制备误差对密钥率的影响;同时对探测器端的缺陷进行相应参数刻画,具有较强的鲁棒性,为参考系无关量子密钥分发协议的实际应用提供了重要参考价值.

基于十粒子纠缠态的三方受控联合远程态制备

为进一步研究三方远程态制备(TRSP),提出了一种不同于已有TRSP类型的新方案。该方案为受控三方循环远程态制备的一个推广,且可修改为一个双向与一个单向受控远程态制备的混合方案。该方案给出了十粒子纠缠信道的产生方法,并指出在监控者的控制下,三方中的任何两方都能联合为第三方制备一个任意单粒子态。所提方案融合了受控远程态制备和联合远程态制备的思想,有较高的安全性,且所采用的前馈测量策略使得其成功的概率为100%。此外,该方案所涉及的受控非门、Hadamard门和Pauli门以及单粒子测量在现代技术下是可以物理实现的。

受控循环远程态制备

为了解决多方量子通信问题,首先提出一种构造十粒子纠缠态的方法,并籍此构造出一个3n+1粒子纠缠态。其次,以十粒子纠缠态为量子信道,提出一个三方受控循环远程制备协议。该协议在监察者David的控制下,Alice能为Bob远程制备一个任意单粒子态,Bob能够在Charlie处远程制备一个任意单粒子态,Charlie也能为Alice远程制备任意单粒子态。进一步,借助3n+1粒子纠缠态,将此循环协议推广到任意n方受控循环远程态制备情形。在远程态制备过程中,每个发送者充分利用各自掌握的信息和前馈策略来构造恰当的测量基,通过经典通信和局域操作,就能成功实现任意单粒子态的远程制备。

多方分层远程态制备

提出一个以多粒子纠缠图态为量子信道的任意单量子态的多方分层远程态制备(MHRSP)的新协议。在该方案中,利用前馈测量策略,发送者将一个秘密量子态不对称地分配给两级代理,其中两级代理的人数原则上是可以任意的,并且不同级别的代理具有恢复发送者秘密的不同权限。进一步地,将上述MHRSP协议进行了推广,得到一个多方分层联合远程态制备(MHJRSP)方案。所提出的两个方案不涉及非局域操作,它们是安全而不被窃听的,期望能在现实世界中得到有效的应用。

分层远程量子态制备

提出了研究分层远程态制备(HRSP)的一般方法,系统地证明了分别以4粒子|Ω>态和4粒子团簇态作为量子信道的HRSP都是可能实现的。随后,将所提出的HRSP方案推广到研究分层联合远程态制备(HJRSP)的一般方法,并指出以5粒子团簇态为量子信道的HJRSP协议是可行的。此外,将HJRSP方案修改成概率HJRSP方案,并以5粒子非最大纠缠团簇态为量子信道证实其可能性。

量子隐形传态中纠缠态制备的研究进展

量子隐形传态是量子力学和信息科学等形成的交叉课题,同时也是近些年来人们研究的热点之一。文章首先回顾了Bennett等人所提出的量子隐形传态的基本思想和基本原理,然后着重介绍了量子隐形传态中的重要步骤,即量子纠缠态的制备及其在传统上和近年来的一些具有代表性的实验实现方案。

用Cluster态实现任意两粒子态的远程态制备方案(英文)

提出一个用Cluster态作为量子信道远态制备两量子态的方案,并计算了此方案成功的慨率和消耗的经典信息。一般地,Bob能成功地制备初态的慨率是1/4,消耗的经典信息是1/4经典比特。然而,在六种特殊情形下,消耗一些多余经典信息后,成功的概率能达到1/2甚至1。

四量子纠缠态的可选远程态制备

提出了已知四量子纠缠态的一个远程态制备协议,其中有两个可能的接收者,发送方可以在两个可能的接收者中选择其中的一个,并在选定的接收者处制备预期的量子态。发送者首先引入两个辅助粒子,执行两个受控非门操作,然后对二粒子系统进行两个投影测量,其测量基是通过已知态的信息来选择的,并行使自己的特有选择权.根据发送方的16种不同测量结果,协议有16个部分。给出了方案的内在效率,以及与现有相应方案相比存在的优势。

基于混态Bell态通道的量子远程态制备

提出一种利用混态纠缠态作为量子通道实现任意纠缠态的量子远程制备方案。混态是一个混合的Bell态,这在量子信息过程中比纯态作为量子通道更具有实际意义。我们从Lindblad主方程出发研究[L3z,L3,z]-型的噪声通道的量子远程态制备方案,并对这种量子远程态制备的保真度和概率进行讨论。

多跳远程量子态制备

多跳远程量子态制备在量子无线网络、长距离量子信息传输中有重要价值。融合多跳隐形传态和远程态制备的思想,提出一个多跳远程任意单量子态制备协议。在每一跳中都以三粒子非最大纠缠GHz态为量子信道,利用远程态制备方法,原始单量子态通过中间节点逐跳被制备,每跳恢复的态被用着下一跳被制备的态。通过对单跳和两跳制备的分析,获得了n跳制备后方案成功的概率。在协议中,仅涉及到Pauli算子、单粒子测量和前馈策略,因此该方案易于物理实现。

以真六量子纠缠态为信道的双向受控远程态制备

研究了真六量子比特纠缠态在双向量子受控远程态制备中的一个新应用。在协议中,远程的两方在遥远的第三方控制下,能够同时地、确定地交换他们的量子态。如果没有控制者的允许,这种交换是不能成功的,而作为原始的非局域量子资源的一个真六量子比特纠缠态是预先被三方共享的。

利用部分纠缠态确定性实现量子远程态制备(英文)

提出了一种利用局域操作和经典通讯经由任一纠缠纯态与辅助纠缠态远程实现量子态制备的方案.该方案由一个广义测量(即正定算符值测量,简称POVM)、单边经典通讯和相应的幺正操作来完成.首先,讨论了两维部分纠缠态作通道的情形,然后将其推广到高维粒子纠缠态的情况.

基于腔量子电动力学的两原子远程态制备方案

提出了一个以两原子纠缠态和三原子W类纠缠态作为量子通道,在腔量子电动力学(QED)体系中实现两原子纠缠态的远程制备方案。借助于另一位接收者帮助,发送者通过控制原子与腔相互作用时间,可以概率地将被传送的两原子纠缠态远程制备到2位接收者中的任何一位的手中,而无需借助于辅助系统。

量子态制备及其在量子机器学习中的前景

经典计算机的运算能力依赖于芯片单位面积上晶体管的数量,其发展符合摩尔定律.未来随着晶体管的间距接近工艺制造的物理极限,经典计算机的运算能力将面临发展瓶颈.另一方面,机器学习的发展对计算机的运算能力的需求却快速增长,计算机的运算能力和需求之间的矛盾日益突出.量子计算作为一种新的计算模式,比起经典计算,在一些特定算法上有着指数加速的能力,有望给机器学习提供足够的计算能力.用量子计算来处理机器学习任务时,首要的一个基本问题就是如何将经典数据有效地在量子体系中表示出来.这个问题称为态制备问题.本文回顾态制备的相关工作,介绍目前提出的多种态制备方案,描述这些方案的实现过程,总结并分析了这些方案的复杂度.最后对态制备这个方向的研究工作做了一些展望.

一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议

在实际量子密钥分发系统中,由于设备、器件存在缺陷,在量子态制备过程中往往存在误差,而这些态制备误差会导致一定的系统安全性漏洞.本文在Tamaki等(Phys.Rev.A90052314)的工作基础之上,提出了一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议.本文将发送端制备态误差进行参数刻画并带入量子密钥协议安全性分析之中,避免了实际应用中由于态制备装置的不理想可能引入的安全性漏洞,提高了系统的安全性.同时,为了方便起见,本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算.仿真结果显示,本文提出的协议对态制备误差具有很好的鲁棒性.同时,由于标记单光子源具有真空脉冲概率低的优点,与此前基于弱相干态脉冲的同类协议相比,我们的协议在传输距离较远时能够显示出更优的性能.因而,该工作有望为未来发展长距离量子保密通信应用与研究提供重要的参考价值.

基于低Q腔光子Faraday旋转的远程态制备

基于低Q腔中单光子的输入与输出关系,提出了利用偏振光Faraday旋转分别遥远制备单原子态和两原子纠缠态的可行方案.研究结果表明,当初始原子态的系数为实数时,通过选择合适的偏振光、腔场与原子相互作用系统的参数,单原子态与两原子纠缠态的远程制备均可确定性地得以实现.与以前的原子态远程制备方案相比,本文方案采用光子作为飞行比特来传递量子信息,故原则上可实现原子态的真正长距离制备.由于原子态的信息编码在耗散单边腔囚禁的Λ型三能级原子的两个基态能级,且原子仅虚激发,因此本文方案对腔衰减和原子自发辐射不敏感.此外,本文所提出的两种方案不需要两体或多体正交测量,仅涉及单体直积态测量,而且两种方案都工作在低Q腔,不需要原子与光腔的强耦合,从而有效降低了实验难度.

利用纠缠交换在理想和非理想条件下的远程态制备(英文)

提出了利用纠缠交换技术实现一个纠缠态的远程制备。考虑在量子信道没有遭受噪声影响的条件下,利用一对两粒子纠缠态作为量子信道去实现远程态制备。此外我们考察了噪声存在时的远程态的制备,研究显示不同类型的量子噪声对远程态制备过程的保真度的影响不同。对一个确定量子态,我们考察了消相干效应对其远程制备的影响。

基于三粒子非最大纠缠态的两粒子概率远程态制备

本文提出了一种基于两个三粒子部分纠缠GHZ态的任意两粒子远程态制备方案。此制备协议并不需要引入辅助粒子,总体成功概率等于纠缠通道两个最小幅值模平方之积。结合具体幺正矩阵与测量基形式,本文给出了制备协议实现步骤。当纠缠通道取为两个最大纠缠GHZ态时,总体成功概率则等于1/4。