基于多目标扩展通用Toffoli门的量子比较器设计

利用多目标扩展通用Toffoli门,提出了经典量子信息比较器的设计构造方法,并对其正确性进行了理论证明,在此基础之上,给出了量子比较器在简单搜索问题中的一个应用。与其它同类量子比较器相比,此比较器通过减少使用辅助位来节约相关量子资源;通过设置多目标扩展通用Toffoli门的控制条件,使得在比较出结果后剩余的门不再起作用,从而提高了运行效率,降低了出错率,增强了比较器的鲁棒性。

可扩展量子比较器的设计

提出了一种新型量子比较器的设计方法,利用这一理论说明了一位量子比较器和可扩展量子比较器工作原理,并设计出了相应的量子比较器的逻辑电路图。最后通过一个n+1位的量子比较器,给出可扩展量子比较器的逻辑电路图和工作过程。

改进的量子彩色图像中值滤波算法

图像处理任务中广泛应用中值滤波器来平滑图像和消除幅度极大或极小的噪声,并且可以保持图像的边缘特性,不会使图像产生明显模糊。提出一种改进的空间域量子彩色图像中值滤波算法,并且在IBM Q(international business machines quantum)平台上进行仿真。该算法将量子彩色图像进行存储,利用量子比较器模块、量子控制交换器模块、中值计算模块和阈值模块设计量子彩色图像中值滤波的量子线路。相较于已有的量子彩色图像中值滤波算法,在进行中值滤波之前加入了阈值进行噪声判断,该算法滤波效果更好,同时时间复杂度也更低。

基于半量子秘密比较的量子拍卖协议

针对量子密封拍卖协议中报价隐私保护不足、第三方不可信、对参与双方量子能力要求较高等情况,提出了一种将高能级单粒子作为信息载体的基于半量子秘密比较的量子密封投标拍卖协议。协议过程无需第三方参与,且采用半量子方式,仅要求拍卖方为强量子能力方,投标方仅需拥有反射粒子及制备单粒子的能力。协议利用半量子秘密比较,实现对投标方报价的隐私保护,拍卖方仅能获得报价之间的大小关系,而无法获取具体报价。文中通过理论分析证明了所提协议具有较高的安全性,能够抵御测量-重发攻击、截获-重发攻击、纠缠攻击、共谋攻击等多种攻击,且协议通信效率较稳定,不受投标人数的影响。

基于四粒子GHZ态的半量子私有比较协议

半量子通信协议允许只具有有限量子能力的参与者进行量子通信,与全量子通信协议相比,减少了量子资源损耗,节约了量子硬件成本。基于半量子模型,以四粒子Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态作为量子资源态,提出了一种新型半量子私有比较协议。该协议可以在半诚实第三方的帮助下比较两个经典用户Alice和Bob的信息是否相等,且不泄露他们的秘密信息。安全性分析表明该协议可以抵御内部攻击和外部攻击,与现有的半量子私有比较协议相比,经典用户所需的量子能力更少,只需执行Z基测量和反射接收的粒子,且具有较高的量子比特效率。此外,通过IBM量子云平台进行了仿真实验,验证了所提协议的正确性。

基于Bell态纠缠交换的量子私密比较方案

提出了一种新的量子私密比较方案,该方案以Bell态为量子资源,在不泄露用户私密信息的前提下,利用Bell测量和纠缠变换实现对用户的信息相等与否的比对。第三方(TP)制备Bell态和诱饵单光子,在传送粒子过程中,TP插入诱饵单光子,通过经典信道的讨论保证了方案的安全性。用户双方不需要做任何幺正变换,只需执行Bell测量,随后将自己的私密信息加密后发送给第三方。第三方通过简单的计算就可以实现两比特经典信息的比对.整个过程中所涉及到的三方都无法得知他人的私密信息,只能得到比对结果.最后,由TP宣布比较结果。此外,也验证了方案的正确性。

多方量子保密比较的新型模型设计

近年来,多方量子保密比较(MQPC)引起了学术界广泛的关注并取得了一系列重要的理论进展,其主要目的是如何在量子力学基本原理的保障下让n个参与方在不泄露各自秘密信息的前提下判断他们的秘密是否相等。在协议设计的研究中,文章相继提出两种新型的多方量子保密比较一般模型--Circle模型和Tree模型,并分别在半诚实第三方的帮助下设计了两个基于"维单光子和"维"粒子GHZ态的MQPC协议。通过深入的研究发现,这两个协议可以由现有的单光子测量技术实现,并且能够有效地抵抗外部攻击和参与方攻击(包括半诚实第三方攻击)。实验结果显示,文中提出的两个协议能够保证正确性、公平性、安全性和较高的比较效率。

基于量子态比较的量子密钥分发协议

基于两量子态比较思想,提出了一个新颖的量子密钥分发协议.该协议具有理论上的无条件安全性.同时,通过对提出的协议在实际情况下的安全性进行研究,表明新协议可抵抗光子数分裂攻击,且在相同的密钥比特率条件下其安全传输距离比Bennett 1992协议更远.

无纠缠的量子秘密比较

提出一个基于d维单粒子态的量子秘密比较协议.在协议中,一个半可信第三方以一一传递的方式发送n个粒子给两个参与者.每个参与者首先都通过对这些粒子执行局域幺正操作来编码n长的随机密钥,然后利用这些密钥加密n长的秘密并公布加密结果.根据这些公开信息,半可信第三方能够在不揭露秘密的情况下帮助他们比较它们的大小关系.同时,本文对协议的安全性也进行详细的讨论,表明该协议在理论上是安全的.另外,该协议的实现只需涉及单粒子态,这在现有的技术条件下是易于实现的.

基于χ类态的量子保密比较研究

文章提出了一个基于χ态的量子保密比较协议,参与方Alice和Bob在一个半诚实的第三方的协助下,通过简单的量子测量和数学运算,就可以比较他们的秘密信息是否相等且不泄露秘密信息。所提出的协议不需要消耗昂贵的量子设备进行酉运算。两个参与方和一个半诚实的第三方分别使用单粒子测量和两粒子测量,这些测量用当前技术很容易实现。通过对协议进行安全性分析表明,协议在理论上是安全的,可以有效防止外部窃听以及参与方的截获-测量-重发攻击和第三方攻击。

基于半诚信第三方的χ型纠缠态的半量子隐私比较协议

由χ型纠缠态作为量子资源,提出一种半量子隐私比较(SQPC)协议。协议允许两个参与者在一个半诚实的第三方(TP)帮助下比较他们秘密信息的相等性。半诚实的TP意味着他可以自己作弊,但是不能与任何一个用户共谋。此外,两个参与者是经典用户,TP是量子第三方。经典用户意味着其操作仅限于反射量子或在计算基础上测量,而TP可以创建或测量任意量子态。安全性分析表明,该协议可以防止外部攻击和参与者攻击,且具有较高的量子比特效率。

一种新量子遗传算法及其应用

提出一种新量子遗传算法 (NQGA) ,其核心是采用量子比特相位比较法更新量子门和自适应调整搜索网格的策略 ,NQGA具有收敛速度快、全局寻优能力强和计算时间短的特点 .文中通过典型复杂函数测试和应用实例表明 。

一种无纠缠态的量子秘密共享协议

秘密共享是指将一个秘密按适当的方式进行隐藏或拆分,只有若干个参与者一同协作才能恢复该秘密,该技术在云计算领域中能够确保信息安全和数据保密。提出了一种不使用纠缠态的量子秘密共享协议,通过使用量子密码算法确保系统的安全性。相比其他的秘密共享协议,该协议具有以下优点:与传统的基于数论的秘密共享协议相比,本协议由于使用量子通信的技术,从而能够有效抵抗Shor算法攻击;相比其他的量子秘密共享协议,由于本协议没有使用量子纠缠态,在技术程度上更容易实现;如果存在攻击者或恶意的参与者,该协议能够在秘密恢复过程中迅速发现,避免恢复错误的秘密。

基于分块的空间域量子图像水印算法

基于空间域的最低有效位(Least significant bit,LSB)图像水印和量子图像表示(Novel enhanced quantum representation,NEQR)模型,提出了一种新的更加安全的量子图像水印算法.通过对载体图像进行分块,使水印图像能较均匀地嵌入载体图像的每个区域中,因此算法具有良好的抗剪切性;在水印嵌入之前通过密钥对水印图像进行置乱,因此算法有很好的安全性;通过一个量子比特比较器确定水印嵌入在载体图像空间域中的具体位置,因此算法体现出较好的稳健性.所提算法采用单一运算方法,具有相对较低的复杂度和更高的峰值信噪比(Peak signal-to-noise ratio,PSNR).针对具体的嵌入和提取电路图设计了实验仿真,验证了算法的可行性.实验结果表明所提算法有较高的PSNR.

基于d级单粒子态的能实现大小比较的半量子隐私比较

本文提出一个新颖的基于d级单粒子态的能实现大小关系比较的半量子隐私比较(Semiquantum Private Comparison,SQPC)协议.该协议假定存在一个被允许按照他自己的意愿错误行事但不能与其他任何人共谋的半忠诚第三方(Third Party,TP).在TP的帮助下,该协议能比较出两个经典用户秘密信息的大小关系.正确性分析表明,该协议能得到正确的比较结果;安全性分析表明,该协议能抵抗一些著名的外部攻击和参与者攻击.该协议仅采用d级单粒子态作为初始量子资源,只需要TP进行d级单粒子测量,并且能确保TP无法知道准确的比较结果.与目前唯一能实现大小关系比较的SQPC协议[Quantum Inf.Process.20,124(2021)]相比,该协议在初始量子资源的实验制备、TP的实验测量以及TP是否知道比较结果这几个方面具有一定的优势.

量子二分检索算法及其实现线路

考虑到量子比特与经典比特的本质区别,提出了一种量子二分检索算法。利用量子并行处理和量子置换操作,给出了量子二分检索算法的线路实现。通过实例表明,相比于经典二分法检索算法,本文提出的算法方案可以大大减少操作时序,降低整个算法的完成时间,对量子线路在"退相干"时间内完成量子信息处理具有重要的应用价值。

基于d级量子系统相互无偏基的量子安全多方求和及其应用

本文提出一种新颖的基于d级量子系统相互无偏基的量子安全多方求和协议.n个秘密持有者通过变换操作将自己的秘密编码在相互无偏基量子态上,以环形模式将其进行传输.安全性分析表明,所提出的协议能抵抗外在攻击和参与者攻击.本文协议适用于d级量子系统,采用整数加整数技术计算模d和,相比于采用比特加比特计算的量子安全求和协议,会具有更高的计算效率;相比于求和模较小的量子安全求和协议,会具有更广泛的应用.而且,这个协议能被用于量子多方隐私比较和量子多方匿名投票.