量子纠错码及其在量子通信中的应用研究

量子纠错码是以经典纠错码和量子力学为基础的一个新型交叉研究领域，它是量子信息科学的一个重要组成部分。我们系统地研究了量子纠错码及其在量子通信中的应用。在量子纠错码理论的研究中，利用CSS量子码和稳定子量子码原理首次构造了两类量子事件错误检测码；引入了量子交织技术，构造了量子卷积码；基于傅立叶变换性质，在频域上构造了具有高效的解码算法的量子BCH码。在量子纠错码的应用研究中，基于量子纠错码的构造原理，设计了几个可以应用在有噪声的不完善的量子信道中、且具有无条件安全性的量子身份认证方案、量子签名协议和量子直接通信协议。

基于连续变量EPR纠缠光的量子安全通信

纠缠是量子信息处理领域的一种重要资源。我们利用量子纠缠的性质，研究了基于连续变量EPR纠缠光的量子安全通信，主要包括以下内容：基于连续变量EPR纠缠光的Gaussian调制密钥分发方案、量子直接安全通信方案和Gaussian调制确定性密钥分发方案。采用Shannon信息理论，从随机变量的角度提出了合法通信双方秘密信息速率的计算方法；研究了连续变量Gaussian克隆机攻击策略和光束分离攻击策略对系统安全性的影响；采用与纠缠度密切相关的纠缠参数检测窃听者；给出了秘密信息速率与纠缠参数之间的关系。此外，由于不需要比较编码基与测量基，所提方案可高效地进行密钥分发和安全通信。

基于光场二阶相干特性的连续变量量子密码

一阶相干描述的是光场的经典相干（如Young＇s干涉等），二阶相干则可以揭示出光场的诸多量子效应（如反聚束效应、亚泊松分布和压缩效应等）。我们研究了基于光场二阶相干特性的连续变量量子密码，具体内容包括：分束器（量子信息领域一种常见的纠缠产生器和窃听工具）作用下光场的二阶相干性质；连续变量量子密钥分发中，窃听者的介入对光场二阶相干特性的影响，并提出了一种窃听检测方法；在此基础上进一步对协议进行改进，使系统的安全性能和密钥分发的效率均得到很大程度的提高。此外，我们还提出了一种基于光场二阶相干特性的ping—pong方案，此方案不需要控制模式，通信双方可以在消息模式中直接检测出窃听者。