通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案
量子信息传输的实现方法讲解
量子信息传输的实现方法讲解量子信息传输是指利用量子力学的原理，在量子系统之间实现高效的信息传输。
由于量子力学的特殊性质，相比经典信息传输，量子信息传输可以实现更安全、更快速的数据传输。
本文将讲解几种常见的量子信息传输的实现方法。
1. 量子态传输方法量子态传输方法是指将一个量子态从一个物理系统传输到另一个物理系统。
这种方法常见的实现方式是通过量子纠缠来实现信息传输。
量子纠缠是一种特殊的量子态，当两个量子系统之间产生纠缠时，它们的状态将紧密相连，即使它们之间的距离很远，改变一个系统的状态也会立即影响到另一个系统。
通过制备一对纠缠态，将其中一个系统拿到接收端，就可以实现量子态的传输。
这种方法在量子通信领域得到了广泛应用。
2. 量子比特传输方法量子比特传输是指传输量子比特（量子位）的信息。
比特是指计算机中存储和处理信息的最小单位，而量子比特是指借助量子力学特性实现存储和处理量子信息的最小单位。
一种常见的量子比特传输方法是利用超导电路。
超导电路是一种能够在极低温下工作的电路，常用于制作量子比特。
通过使用超导电路中的量子比特进行信息传输，可以实现高效的量子信息处理。
3. 量子电路传输方法量子电路传输方法是指通过配置一系列的量子门（量子逻辑门）来实现量子信息传输。
量子门是通过操作量子比特的相互作用来完成特定的量子计算任务的元素。
常见的量子门包括Hadamard门、CNOT门等。
量子电路传输方法可以通过将输入态经过一系列的量子门操作后得到输出态，实现量子信息的传输。
这种方法在量子计算中得到广泛应用。
4. 量子通道传输方法量子通道传输方法是指通过建立可靠的量子通道，实现量子信息的传输。
量子通道是指能够传输量子态而不破坏其纯度和相干性的媒介。
在量子通信中，常用的量子通道包括光纤通道和自由空间通道。
量子通道传输方法通过选择合适的通道和采用适当的量子态传输技术，来实现长距离、高效率的量子信息传输。
总结起来，量子信息传输的实现方法包括通过量子态传输、量子比特传输、量子电路传输和量子通道传输等方式。
利用EPR态和GHZ态实现双粒子纠缠态的受控远程制备
摘要：本文简要介绍了量子纠缠的基本定义及原理，并对量子态远程态制备做了介绍，提出了利用EPR态和GHZ态实现双粒子纠缠态的受控远程制备的方案。
在该方案中，以一个GHZ态和一个EPR态对作为量子通道，把量子通道中的一个粒子作为控制粒子，在传递者和控制者进行一系列的量子操作和测量之后，根据他们的测量结果，接受者再进行适当的变换就能得到待传递粒子的量子态。
关键词：量子态远程制备；双粒子纠缠态；EPR态和GHZ态；H操作Abstract:In this paper,we briefly introduce the basic definition of quantum entanglement, and explain the principle of quantum remote state preparation, finally we propose a scheme to use EPR state and GHZ state to realize double particles entanglement of the preparation of the remote control. In this scheme, we use a EPR and a GHZ as quantum channel and one of the quantum channel as control particle, particle in the message and controllers to make a series of quantum operation and measurement, according to the measurement results, the receiver transform in proper ways can get the quantum state.Key words: controlled transfer of quantum states，two-particle entangled state, EPR states and GHZ states，H operation目录1 引言 (4)2 量子纠缠 (4)2.1 量子纠缠的概念 (4)2.2 纯态与混态、可分离态与纠缠态 (5)3 量子远程态制备 (6)4 双粒子纠缠态的量子受控远程制备方案 (7)结论 (11)参考文献 (13)致谢 (14)1引言量子态是量子信息的载体,因此,从某种意义上说,量子信息过程就是量子态的传递和操作的过程。
EPR粒子对与量子隐形传态
EPR粒子对与量子隐形传态张跃【摘要】Teleporting a quantum state, the sender Alice disassembles the entire informations into two parts: one purely classical information and the another purely non-classical information, then sends them to the receiver Bob via two different channels . Firstly, sending the purely non-classical part, the EPR pair which consists of two fermions with the spin of 1/2 here plays the key role in the teleportation, one EPR particle is given to Alice, while the other is given to Bob .Alice performs a complete measurement of the von Neumann type on the joint system consisting of the original particle and her EPR particle, this measurement performed in the four eigenstates of the Bell operator leads to "collapse" the wave packet of the joint wavefunction into the four correlated Bell bases. Through applying the appropriate unitary transformation to the state of his EPR particle Bob can reconstruct a replica of the original state "destroyed" in Alice's hand . Moreover, this Bell measurement produces two bits of classical information which is sent to Bob, a quantum teleportation is therefore completed. The paper studies the interior relation between EPR pairs of particles and the quantum teleportation.%量子隐形传态,由发送者Alice将准备传送的信息分离成一部分纯粹经典的信息和另外一部分纯粹非经典的信息,通过2条不同的信道传送给接收者Bob.首先传送非经典部分,这需要借助于EPR粒子对,考虑由2个自旋皆为2—1的费密子构成,其中一个分配给Alice,另一个分配给Bob.Alice选择对她一方的原始粒子和她的EPR粒子一并进行冯·罗曼类型的测量,这个在贝尔算符的4个本征态中的测量,导致系统的波函数的波包坍缩为相互关联的4个贝尔基矢.Bob通过对他的EPR粒子的状态进行适当的幺正变换,能够重新构造出在Alice一方被“毁灭”了的原始粒子的状态.此外,这个贝尔测量产生2个比特的经典信息,传送给Bob,从而完成一个量子隐形传态.文章中研究了EPR粒子对与量子隐形传态的内在联系.【期刊名称】《沈阳师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(030)004【总页数】4页(P489-492)【关键词】量子隐形传态;量子不可克隆定理;量子纠缠;EPR关联【作者】张跃【作者单位】湖南师范大学物理系,长沙410081【正文语种】中文【中图分类】O4130 引言量子隐形传态（Quantum Teleportation），是依靠传送量子状态来传送量子信息，但是并不能够简单地将一个量子状态由发送者直接传送给接收者，而必须借助于EPR粒子对添加（EPR pair）。
评《爱因斯坦的幽灵——量子纠缠之谜》
(2)“例如，在一次实验中，在相互作用后1秒时测量两个电子的位置，结果分别为-1.59米和0.41米；
而在另一次相同的实验中，在相同的时刻测量两个电子的位置，结果却是-0.17米和1.83米。这里，我
们设定两个电子分开时的位置为坐标原点0。尽管在相互作用后1秒时测量两个电子的距离总是确定的2
二者已经留下各方的印记。”因此完全可能，量子纠缠同样是出于过去的一个共同原因，详见后面的节
三.2。关于贝尔不等式的推导，虽然看来前提简单、明确，逻辑和数学严格，因结论奇怪，所以我们必
须严密审查前提中是否还包含着其它默认的假设。其实，贝尔不等式的推导除标明的前提外，还有一个
想当然的、默认的假设：量子力学的观察量是潜变量的统计平均值，也就是说，贝尔利用了经典（柯尔
尊重和钦佩。另一方面，大家也不愿去做书评，说些好话还行，表示一下欣赏或做个人情，做负面的评
论，何苦去得罪人。现下这篇评论与其说针对《爱因斯坦的幽灵——量子纠缠之谜》，不如说针对令人
心焦的严重事态，我国已成为幽灵隔空作用的重灾区，在这方面国际领先不是一件好事情。不管谁过去
所持的思想和观点如何，现在还坚持什么，希望我们能通过交流，在探求事实真相和真理的征途上携起
说明量子论与相对论无冲突，以及终结了爱因斯坦与玻尔在量子实在性和量子力学完备性问题上的争论
。初包的不含峰片是一种准实体，一切量子现象中都有它们的身影，无它们就无量子世界和量子理论。
描写微观粒子的初包模型是对量子力学的本体实在论诠释，这模型综合了微观客体的波粒二象性质，根
本上调和了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说的冲突。以上这些只是个人的见解，不过，即使没有这个模
从EPR现象到量子通信基本原理
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
约翰·斯图尔特·贝尔（John Stewart Bell，1928年6月28日－1990年10 月1日），爱尔兰物理学家，发展了量子力 学中重要的贝尔定理。
Pxz Pzy 1 Pxy
• 1964年，题目叫《论爱因斯 坦-波多斯基一罗森佯谬》， 此文提出了影响深远的贝尔 定理，它改变了我们对量子 现象的认识。
从EPR现象到量子通信原理
主讲人：许萍 课件制作：马红 资料收集：马平
个光子不可再分
量子力学非常违反宏观世界日常经验的要点
1、叠加。一个电子确实可以“同时位于两个地 方”。 2、测量。测量结果随机性是内在的，是量子力 学的一种本质特征。 3、纠缠。要理解这个概念，实际上得勇敢面对 数学（认真脸~）
• 如果这个不等式永远成立，那么 爱因斯坦就对了，量子力学就有 毛病；
• 如果你能发现或者在实验山能证 明贝尔不等式可以不成立，那么 爱因斯坦就错了，量子力学就没 错。
EPR佯谬、量子纠缠、Bell不等式
1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特 （Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项 实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在。
有毛病。
波尔的回答：在你爱因斯坦 看来,A、B是两个粒子。
然而在波尔看来它们从未分开， 尽管想给天涯海角，它们依然是一 体的。而产生这样测量结果唯一的 可能性就是：
当你对粒子A进行测量的时候， 两者是同时发生变化的，并不是粒 子A变了之后传一个信息给粒子B， 粒子B再变化。所以这里没有发生 信息的传递，并不违反相对论。
为啥这两门学科可以交叉起来？
可以相互利用，产生新技术——量子技术 量子信息目的：利用量子力学的特性，实现经典信息科学
以EPR纠缠光子对为量子信道的量子安全直接通信的开题报告
以EPR纠缠光子对为量子信道的量子安全直接通信的开题报告一、研究背景量子信息科学是近年来发展迅速的一个前沿学科，其理论和实验研究已涉及量子计算、量子通信、量子密钥分发、量子纠错等多个领域，被认为是下一代信息科学的重要基础。
而在这些领域中，量子通信和量子密钥分发等量子安全通信技术更是备受关注。
传统的通信方式，例如利用密码协议保证通信安全，只能保证信息的机密性，但不能真正地保证信息的安全性。
而在量子通信中，由于量子态的特殊性质，可以利用量子纠缠等方式实现信息的绝对安全。
在量子通信中，有一种重要的方式叫做量子直接通信（Quantum Direct Communication，QDC），它是指将信息直接传输给接收方而不需要通过中间媒介（例如服务器等）。
这种方式的优点在于可以避免信息的泄露和被窃听等风险，从而实现更高层次的安全性。
在实际应用中，QDC的安全性主要依赖于所使用的量子信道和量子纠错方案。
二、研究内容本论文将探究以EPR纠 entangled photon 作为量子信道的量子安全直接通信的实现。
1、EPR纠缠态EPR 纠缠态，简称 EPR 对，是由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（Einstein, Podolsky, Rosen）在 1935 年提出的一种特殊的量子态。
它是两个物理量在某些状态下“本地实在性”的矛盾表现。
当两个粒子之间存在 EPR 纠缠态时，对其中一个粒子的测量会直接影响到另一个粒子的状态，即使两个粒子之间距离很远也是如此，这就是所谓的“量子纠缠”。
2、量子安全直接通信的实现实现量子安全直接通信的过程可以分为以下几个步骤：a) 初始化阶段发信方 Alice 和收信方 Bob 利用量子纠缠实现信道的初始化。
在双方的实验室中，使用一对 EPR 纠缠光子对，将其中的一个光子作为信道的传输介质，发射到通信信道中。
b) 信息编码阶段在信道初始化后，Alice 将待传输的信息用单光子态进行编码，将单光子按顺序依次从信道中发出。
实现纠缠交换的基本方案
实现纠缠交换的基本方案王菊霞【摘要】阐述了量子隐形传态及量子纠缠交换的基本理论，通过单光子的量子纠缠交换、连续变量纠缠交换实证说明纠缠交换的机制，纠缠交换可使得从未直接发生相互作用的量子系统产生纠缠，利用纠缠交换可达到实现信息传递的目的，纠缠交换是目前信息学中实现信息交换非常重要的途径之一。
%The description of quantum teleportation and entanglement swapping theory is given.The mechanism of entanglement swapping is illustrated to make use of demonstration in a single-photon and continuous-variable entanglement swapping.It is an im-portant protocol in quantum information science since it enables to entangle two particles that have never interacted in order to realize information transfer.【期刊名称】《渭南师范学院学报》【年(卷),期】2014(000)023【总页数】4页(P17-20)【关键词】量子信息学;量子隐形传态;纠缠交换;信息传递【作者】王菊霞【作者单位】渭南师范学院物理与电气工程学院; 渭南师范学院陕西省X射线检测与应用研究开发中心，陕西渭南714099【正文语种】中文【中图分类】O4311993年，由Zukowki［1］等人提出纠缠交换的概念.两个从未直接相互作用的量子系统之间要产生相互关联可以通过纠缠交换的过程来实现，更重要的是可以建立远程非局域关联.潘建伟等人［2］则最先利用纠缠交换在实验上制备出光子间的纠缠态;在2004年底由彭堃墀院士的研究团队首次实现了连续变量的纠缠交换这一重要的基础实验［3］;纠缠交换是量子隐形传态的一个特例，其表现形式是纠缠态的量子隐形传送.要实现纠缠交换，必须得理解量子态、量子纠缠等基本概念，特别值得一提的是，量子纠缠是量子信息最基本的源泉，迄今为止，量子纠缠已被广泛应用于量子隐形传态、量子编码、量子保密通讯和量子计算等领域.1997年，《自然》杂志上发表了一篇具有里程碑意义的研究论文《实验量子隐形传态》，该篇文章引起了全球物理界的轰动，被欧洲物理学会、美国物理学会、美国《科学》杂志等大量宣传及高度评价，此后相应的理论研究非常活跃，直到2004年，相关实验“五光子纠缠和终端开放量子隐形传递”由潘建伟研究团队首次实现［4］，这个实验的难度相当大，《自然》杂志称赞此成果是一壮举;随后的研究更上一层楼，取得了一系列重大成果.目前，在光量子纠缠操纵和量子通信方面，我国已经处于领跑的位置.［4］迄今为止，已有多种实现量子纠缠交换的方案［5-12］，本文阐述了纠缠交换的基本理论与实现纠缠交换最基本最典型的实证，通过单光子的量子纠缠交换、连续变量纠缠交换的方案，说明了实现纠缠交换的基本机制，旨在了解比较抽象的“纠缠交换”的实质内容及实际应用.1 量子隐形传态对于两个或两个以上子系统构成的量子体系，在任何量子力学表象中，如果无论如何体系都不可能由组成该体系的各子系统对应的量子态矢用直积形式来表示，那么这些子系统之间就存在一定的关联，即表现出相互纠缠的不可分特性，这种情况下它们即使在空间中分离，当对一个子系统的测量时也必然会影响其他子系统的测量结果，这种相互依存的非定域关联称为量子纠缠，简称纠缠.［5-6］量子隐形传态方案首次由Bennett等六位科学家联合在Phys.Rev.Lett.(1993年)上发表论文《由经典和EPR通道传送未知量子态》中提出［13］，由此引起了人们对这方面的热烈讨论，直到1997年Bouwmeester、潘建伟等人在实验上首次实现.［14］最早提出的量子隐形传态也叫远距隐形传物，当时的远距传物，类似于不少科幻影片中都出现过的场景:一个神秘人物在某处突然消失掉，然后在另一处莫名其妙地显现出来.在经典物理中的解释为:传送一个物体就是传送组成它的全部经典物理特征，那么只要将原物的所有信息能提取出来，传送这些信息的速度只要不超越光速极限，即使传至遥远的地点，然后利用获得的信息重新构制出与被传送对象完全相同的复制品，这种重新组装的物体就可完成经典客体的隐形传物.［15-16］2 纠缠交换的基本理论设发送者Alice(简称A)和接收者Bob(简称B)，他们分别掌握纠缠光束对a，b和c，d，即初始时刻a与b之间存在纠缠，c与d之间存在纠缠，但是，a，b与c，d之间互不纠缠，如果通过第三方Claire(简称C)，对b和c进行联合Bell基测量［17］，由于测量导致的纠缠塌缩，将使得之前没有任何关联的光学摸a和d之间就会产生纠缠，也就是说通过联合测量，这个操作相当于利用c和d之间的EPR纠缠，将量子态b离物传送至d，在模d上再现模b的量子态特性，从而使模d与模a产生纠缠，即可完成纠缠的转移，这一过程称之为纠缠交换(Entanglement Swapping).通常判断纠缠交换是否实现的实验方法有两种:一种是直接测量关联度.初始模a和模d之间无任何关联，如果测量它们之间的关联达到一定程度，则通过纠缠交换产生了量子关联，也就说明纠缠交换得以实现.［18］另一种是利用量子隐形传态实验，将纠缠交换后的模a和模d作为相干光的纠缠光束，进行相应的实验，通过测量量子态的保真度(Fidelity)来作出判断.如果其保真度F＞0.5，则说明a和d之间必然存在纠缠，即完成了纠缠交换.3 单光子的量子纠缠交换一个用于2比特编码单光子控制非门的量子逻辑协议，可实现从动量纠缠转换为偏振纠缠，其实验装置如图1所示，其中使用了参量下转换光子对，它周期性地连接KTP晶体，该晶体属于Ⅱ型共线频率衰减参量下转换产生398.5 nm的连续波.在动量空间中，下转换光束可以分为上半(T)和下半(B)两种模式.图1 单光子纠缠交换方案原理图(PPKTP:周期性连接的KTP晶体;PBS:偏振分束器;HWP:半波片;DP:棱镜;1F:1 nm长的滤光片;D:探测器)根据这些模式动量纠缠态可以写为:其中:H、V分别表示水平和垂直线偏振态.一个交换门可以由三个连续控制非门构成，初始态中的多比特信号光子和闲置光子通过交换门后，由此获得最终偏振纠缠态为:为了实施这个方案需要两种类型的控制非门:偏振控制非门(P-CNOT)和动量控制非门(MCNOT)，在图1中，波片的光轴与水平方向成45°角时光子处于偏振态，光路中放置补偿片是为了抵消两个不同模之间的延迟，此方案中需要能传递两光子的一套控制门.动量模式分离后，M-CNOT的功能可通过用于偏振分析的半波片HWP2来实现，分束器BS两个输出端的探测器将同时记录到光子(即符合计数)，借助于两臂的探测器这种符合计数，可以将两光子投影到Bell基中的单重态上.通过P-CNOT门的偏振态是.图2 符合计数率(θ2=0°时“方点”、θ2=45°时“圆点”)图3 连续变量纠缠交换方案原理图图2表示符合计数度随着偏振分析角θ2变化的情况，其中θ2为臂2中符合计数器与偏振分析仪的夹角，当θ2=0°时用方形点表示，θ2=45°时用圆形点描述，对于0°和45°情形与正弦曲线的符合度分别为(97±2)%和(88±2)%.在这种量子态的传送中，检验正确的平均几率S必须满足一定的数值范围，该实验测量了S值并得到的结果是S=2.653±0.004，突破了经典极限，根据贝尔不等式大于1.50标准偏差，由此证明:从动量纠缠转换为偏振纠缠，即实现了纠缠交换.4 连续变量的纠缠交换连续变量纠缠交换实现的方案如图3所示，由分束器所获的两束光为压缩真空态，它们的结合产生两对相互正交的纠缠对EPR1和EPR2，EPR1由模式1和2构成，而EPR2由模式3和4构成，两者相互独立.纠缠交换的目的是光束1和4之间形成纠缠，可通过模式2隐形传递到模式4＇来实现，而模式4＇与模式1并没有直接相互作用.如果成功实现相关量子传态，那么，模式1和4＇之间将形成纠缠，在这种方法中，纠缠交换的实质是模式2和4＇之间产生纠缠.在连续变量纠缠交换方案中利用了光学参量振荡器(OPO)产生压缩态光束，由860 nm的外腔式倍频蓝宝石激光器分为四个光束为OPO提供泵浦，LO是为探测器提供信号的局域振荡器，AM和PM分别表示振幅调制和相位调制，除了99/1以外的分束器都是50/50，g为经典通道的标准增益.利用不可分离准则验证纠缠交换方案的成功性，模式1和4＇之间的不可分离充分条件为:其中:Xj和Pj(j=1，4')分别是湮灭算符实部和虚部对应的正交相位振幅:即aj=xj+ipj，如果不等式(3)成立，那么，没有直接相互作用的模式1和4＇对应的两个态将会产生纠缠，在实验中，隐形传态的标准化增益g调整到不等式(3)的最小值.在这种情况下，进行了一系列实验测量，〈［Δ(x1-x4')］2〉的增益g ≈ 0.8，测量〈［Δ(x1)］2〉和〈［Δ(x4')］2〉相对于真空态的噪音电平分别是3.56 ± 0.15 dB、3.60± 0.18 dB;进一步测量〈［Δ(x1-x4')］2〉变化量，其结果表明，噪音电平比真空情况降低0.76±0.19 dB.类似的，测量〈［Δ(p1-p4')］2〉的结果是噪音比真空情况降低0.55±0.19 dB.由此得知:不等式(3)的涨落起伏为0.86±0.04.这些结果低于相应的标准量子极限，显然表明模式1和4之间存在非经典关联，则说明成功实现纠缠交换.5 结语纠缠态具有空间非定域关联(noulocalcore-lation)的特性，对于纠缠态的量子体系，即使二者相距遥远且无相互作用，由于对某一子系统的测量过程会导致纠缠的塌缩，从而可以确定另一子系统状态.验证纠缠交换是否真正实现的基本方法是对没有任何相互作用的两个子系统的量子态执行联合关联测量，当它们的正交关联方差均低于相应的标准量子极限时，则说明两个子系统具有量子纠缠特性，即已完成了纠缠交换.正是因为即使是两个遥远的、从来没有直接相互作用的量子体系，纠缠交换能使它们之间产生纠缠，因此纠缠交换将在长距离的量子通讯、量子通讯网络以及未来的量子计算机等领域都有着潜在的、非常重要的应用前景.参考文献:【相关文献】［1］Zukowski M，Zeilinger A，Horne M A，et al.“Even-Ready-Detectors”Bell experiment via entanglement swapping［J］.Phys.Rev.Lett，1993，71(26):4287.［2］Pan J W，Bouwmeester D，Weinfurter H，et al.Experimental entanglementswapping:entangling photons that never interacted［J］.Phys.Rev.Lett，1998，80(18):3891.［3］Jia X J，Su X L，Pan Q，et al.Experimental Demonstration of Unconditional Entanglement Swapping for Continuous 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基于量子连续变量EPR态的经典消息匿名通信方案
基于量子连续变量EPR态的经典消息匿名通信方案娄小平;陈志刚;邓小鸿;李贤;梅晓勇【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(045)009【摘要】针对目前已提出的量子匿名通信协议都只建立在参与者是非自适应的基础上,而实际操作过程中参与者的自适应性是不可忽略的因素,合并信息传输和信道检测这2个过程到同一次编码中,对多方安全计算的匿名通信模型进行优化.方案使用N+1对量子连续变量EPR态,采用移动式量子态传输,将Nbit经典消息编码在不同的模式中,消息接收者通过计算得到匿名消息并检验当次通信中参与者的诚实度,使得通信方案的效率提高.研究结果表明:除了指数小的概率外,发送者和接收者的匿名性和消息的私密性都得到保护.【总页数】6页(P3043-3048)【作者】娄小平;陈志刚;邓小鸿;李贤;梅晓勇【作者单位】湖南文理学院计算机科学与技术学院,湖南常德,415000;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;湖南文理学院计算机科学与技术学院,湖南常德,415000【正文语种】中文【中图分类】TP309【相关文献】1.基于量子隐形传态的量子保密通信方案 [J], 杨璐;马鸿洋;郑超;丁晓兰;高健存;龙桂鲁2.基于相干态光场的连续变量测量设备无关Cluster态量子通信 [J], 王宇; 苏琦3.基于连续变量EPR纠缠对的确定性量子密钥分发 [J], 何广强4.基于光场量子态的连续变量量子信息处理 [J], 苏晓龙;贾晓军;彭堃墀5.基于连续变量EPR纠缠光的量子安全通信 [J], 何广强;熊锦;郭迎;曾贵华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
安全量子通信的原理与实现
安全量子通信的原理与实现量子通信是一种高度安全的通信方式，它利用了量子物理的奇妙性质，保障消息的机密性和完整性。
而安全量子通信就是指采用量子通信的方式保障通信安全。
安全量子通信的原理安全量子通信的原理是基于量子力学原理设计的。
量子力学中有一条非常重要的原理，就是测量对量子态的破坏性。
这意味着，只要试图进行窃听，就会破坏量子态，从而对通信双方产生痕迹。
这个过程是不可逆的，一旦被窃听，通信双方就能立即检测到。
安全量子通信的实现安全量子通信的实现需要涉及到很多技术，包括量子密钥分发、量子隐形传态、量子纠缠和量子密钥认证等。
量子密钥分发量子密钥分发是一种基于量子态的方式产生密钥的方法。
在这种方式下，通信双方可以通过EPR对的纠缠，使得密钥只能由通信的双方知道。
同时，由于量子态的特殊性质，任何未获得密钥的第三方无法窃取密钥信息。
量子隐形传态量子隐形传态是一种通过量子纠缠实现信息传输的方式。
它利用量子的纠缠性质来传输信息，并且不需要将信息本身传输到接收端，只需要将纠缠对传输给接收端，接收端就可以还原信息。
量子纠缠量子纠缠是一种非常奇妙的量子物理现象，它可以让两个或多个量子之间建立起强烈的联系。
这种联系被称为纠缠关系，任何对一个量子的测量结果都会瞬间影响到另一个量子。
量子密钥认证量子密钥认证是一种通过随机挑战和响应方式实现密钥认证的方法。
在这种方法下，挑战和响应过程只能由密钥拥有者完成，而任何窃听者无法复制这个过程，从而保障了通信的安全。
结语目前，量子通信已经进入了实际应用阶段，但是还存在一些技术问题需要解决。
尤其是在实际应用场景下，特别是卫星通信、城市通信等场景下，需要考虑到实际的条件和限制。
但是，随着技术的不断发展和成熟，相信量子通信将会成为未来通信领域的重要发展方向。
量子安全直接通信协议分析
量子安全直接通信协议分析韩芳;郑晶晶;胡爱娜;武海艳【摘要】量子安全直接通信协议是继量子密钥分配协议之后提出的重要协议,通过对乒乓通信协议的安全特性和CSS纠错码QSDC的安全特性的分析,提出了乒乓通信协议存在的不足以及CSS纠错码QSDC可以抵抗已有量子算法攻击,为合法者对量子直接通信的安全性判定和对窃听者的检测提供了一定的依据和标准.【期刊名称】《山东轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)003【总页数】3页(P14-16)【关键词】QSDC;CSS纠错码;乒乓通信协议【作者】韩芳;郑晶晶;胡爱娜;武海艳【作者单位】黄河科技学院,信息工程学院,河南,郑州,450063;黄河科技学院,信息工程学院,河南,郑州,450063;黄河科技学院,信息工程学院,河南,郑州,450063;黄河科技学院,信息工程学院,河南,郑州,450063【正文语种】中文【中图分类】TN319Abstract:The notion of quantum safety direct communication protocol has been introduced as a replacement for quantum key distribution.Ping-pong communication protocol deficiencies were put forward through security analysis for ping-pong communication protocol.CSS error-correctingcodes QSDC and CSS error-correcting codes QSDC can resist existing quantum algorithms attacks.The conclusion offers a basis and criterion for deter mining the security of quantum direct communication and checking eavesdropper.Key words:QSDC;CSS error-correcting codes;ping-pong communication protocol随着信息技术的发展,量子密码已经成为一个重要而具有吸引力的领域,量子密钥分配(Quantum key distribution,简称QK D)又是量子密钥研究的重要领域,也是量子密码系统最成熟的理论,解决了一直存在于经典密码中的密钥产生、分发的难题。
浅谈EPR悖论与量子纠缠
浅谈EPR悖论与量子纠缠
李晓
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2015(000)029
【摘要】EPR佯谬是爱因斯坦同其助手B.波多尔斯基和N.罗森于1935年为论证量子力学的不完备性而提出的悖论.通过一个精巧设计的理想实验,爱因斯坦似乎将狭义相对论与量子力学对立了起来.文章将从EPR悖论出发,探讨其对量子力学发展带来的影响,并通过贝尔不等式和否定贝尔不等式的阿斯派克特实验引入量子纠缠,最后对量子通信作出简单介绍.
【总页数】1页(P74)
【作者】李晓
【作者单位】北京师范大学物理学系,北京 100875
【正文语种】中文
【相关文献】
1.六谈由悖论看概念的可操作性——评陈波《思维魔方》,兼析“EPR悖论”及“图灵停机问题”
2.对EPR悖论的一个分析——分析理性与辩证理性之联手
3.Martinez约束形式与EPR粒子对的量子纠缠
4.浅谈反证法的可操作性r——基于康托尔对角线法、哥德尔不完全性定理、图灵停机问题及EPR悖论
5.明亮EPR 光束的量子纠缠交换
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一种利用EPR块状传输的量子密钥协议
０ Ｉ ｒ ｄｕ ｔｏ ｎｔ ｏ ｃ ｉ ｎ
Ｔ ｅ ｍａｎ ｇ ａ ｆ ｃｙ ｔｇａ ｈ ｓ ｔ ｋ ｅ ｒｔｍｅ ｓｇ ｎｅｌ ｉｌ ｏ ｔｅ ａ ｔｏ ｚ ｄ ｐ ｒ ｅ ｆｔｅ ｈ ｉ ｏ ｌｏ ｒｐｏ ｒｐ ｙ ｉ ｏ ｍａ ｅ ｓｃｅ ｓａ ｅ ｉｔｌ ｇｂｅ ｔ ｈ ｕｈ ｒ ｅ ａｔ ｓｏ ｈ ｉ ｉ ｉ
两 比特信息 ， 过这种方法 Ａｉ 和 Ｂｂ可 以得到对方 的全部信息 ， 通 ｌｅ ｃ ｏ 从而使这种方 法的效率接 近于 １０ 两次安全性 检 ０ ％．
测 保 证 了这 种 方 法 的 安 全 性 ．
关键词 ： 量子密钥协议 ； 量子密钥传输 ； 贝尔基检测 ； Ｐ Ｅ Ｒ对 ； 安全性检测
ＷＡ ＧＪ ｇｙｎ ， Ｎ ａ ．ａ Ｈ０ ｕ ，Ｓ Ｉ ｈ ｕｈ ａ’ Ｎ ｎ ．ａ ＷＡ ＧＹ ｎｙ ｎ ， Ｕ Ｋ ｉ Ｈ ｏ －ｕ ｉ Ｓ
（ ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｈ ｓ ｓ ｎ ｔ ｉ ｃ ｎ ｅ Ａ ｈ ｉ ｎｖ ｒ ｔ ， ｅｅ ２ ０ ３ ，Ｃ ｉａ １ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｐ ｙ ｉ ｄ Ｍａ ｒ ｌ ｉ ｃ ， ｎ ｕ ｉｅ ｉ Ｈ ｆ ３ ０ ９ ｈｎ ； ｃａ ｅａ Ｓ ｅ Ｕ ｓｙ ｉ
３ Ｄ ａ ’Ｏ ｃ ， ｎ ｕ Ｗｅｄ ｆ ｍａｏ ｎ ｅｈｏｏｙＣ ｌ ｇ ， ｅ ｉ ２ １０ ， ｈｎ ） ． ｅｎＳ ｆ ｅ Ａ ｈ ｉ ｎ ａＩ ｏ ｔ ｎａｄＴ ｃｎｌｇ ｏｅｅ Ｈ ｆ ３２ １ Ｃ ｉ ｉ ｎｒ ｉ ｌ ｅ ａ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｉ ｔ ｓ ａ ｅ ｈ ａ ｔ ｏ ｓ ｅ ｃ ｂ ｄ ｎ ｗ ｑ ａ ｔ ｍ ｙ ｇ ｅ ｍｅ ｔ ｐ ｏｏ ｏ ｎ ｈｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｕ ｈ ｒ ｄ ｓ ｒ ｅ ａ ｅ ｉ ｕ ｎ ｕ ｋｅ ａ ｒ ｅ ｎ ｒ ｔ ｃ ｌ
EPR纠缠态及远程量子通信
EPR纠缠态及远程量子通信Einstein-Podolsky-Rosen(简称EPR)纠缠态是量子力学中一个重要的概念，描述了在某些特定情况下，两个或更多粒子之间的互相关联。
这种纠缠态使得一方对自己的观测结果能够预知另一方的观测结果，即使两者之间存在很远的距离。
这种非局域性的特性引发了对远程量子通信的研究。
EPR纠缠态是对两个或更多粒子状态的一种描述。
在一个纠缠态中，无论这些粒子之间的距离是多远，它们之间的量子状态都是相互关联的。
换句话说，当我们观测一个粒子时，我们能够预测出其它粒子的状态。
这种预测是通过对两个粒子的量子态进行测量得出的，而这种测量不会被空间距离限制。
EPR纠缠态的诞生很大程度上受到了爱因斯坦的启发，他和Podolsky，Rosen三位科学家在1935年提出了EPR纠缠态的概念，并以此来挑战量子力学的解释性。
这一概念后来被广泛接受，并为量子信息科学奠定了基础。
远程量子通信是指在两个或更多远距离间通信的过程中利用EPR纠缠态来传递信息。
在传统的经典通信中，信息通过电磁波传输，而远程量子通信则是利用纠缠态的特性建立起更为安全和高效的通信渠道。
远程量子通信的一个重要应用是量子密钥分发。
在传统的密钥交换过程中，存在着密码学的漏洞，比如传统的公钥加密方式可以通过破解私钥来获取信息。
而利用EPR纠缠态进行量子密钥分发可以实现安全的密钥交换。
通过对纠缠态的测量，通信双方可以建立一个共享密钥，并确保这个密钥不会被窃取。
这种方法已经在现实世界中进行了实验，并取得了非常好的结果。
远程量子通信还可以用于量子远程演算。
传统的计算机需要将数据通过电信号传输，但在远距离通信中，信号的衰减会影响到数据传输的精确性。
而利用纠缠态进行量子远程演算可以突破这一限制。
在这种方法中，纠缠的粒子被分配给不同的计算机，它们之间进行信息传递和演算操作。
这种远程量子演算方法有望在未来的量子计算中发挥重要作用。
尽管EPR纠缠态和远程量子通信在理论上证明是可行的，并且已经在实验中取得了一些进展，但是实现真正的远程量子通信依然面临一些挑战。
奥地利物理学家安东·蔡林格与量子信息
奥地利物理学家安东蔡林格与量子信息尹沛;朱慧涓【摘要】量子信息科学目前是全球一大热点,其中包括量子通信和量子计算.量子特有的纠缠特性是量子信息可行的基础,而量子隐形传态是实现量子通信的一种重要方法.在有关量子信息的研究中,奥地利物理学家安东·蔡林格是个不可忽略的人物.本文介绍了蔡林格的主要研究经历,以及他在量子信息领域的突出贡献,包括实现多粒子纠缠和量子隐形传态,同时对他研究道路上的一些关键人物做了介绍.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2019(038)002【总页数】7页(P45-51)【关键词】量子信息;安东·蔡林格;量子纠缠;量子隐形传态【作者】尹沛;朱慧涓【作者单位】中科院自然科学史研究所,北京 100010;中国科学院大学,北京100049;首都师范大学物理系,北京 100048;首都师范大学物理系,北京 100048【正文语种】中文【中图分类】O4-091 量子信息的兴起20世纪以来，量子力学成为现代物理学两大基础支柱之一. 随着各方面理论研究的深入，量子已经成为各个领域的重要理论研究内容. 然而对量子力学物理实在性和定域性的讨论一直没有停歇.众所周知，量子力学是建立在概率的基础上的.海森堡的不确定性明确表现了这一量子力学的性质：要同时测定一个粒子的位置和动量是不可能的——若其中一个量被测定，另一个量就必然无法确定.然而爱因斯坦对于这种不确定性完全不能认同.他认为构成“实在”的每一个方面都是真实存在的东西，完善的自然科学理论必须是反映客观实在的[1].因此爱因斯坦认为量子理论的不确定性一定是由于量子理论中波函数的不完备造成的——波函数忽略了一些暗中起作用的条件变量.只要找到相应的变量，就能使量子理论变得完备.1935年，爱因斯坦、波多尔斯基(Boris Y. Podolsky, 1896—1966)和罗森(Nathan Rosen, 1909—1995)为论证量子力学的不完备提出了以这三位物理学家名字的首字母组成的“EPR”佯谬. EPR 佯谬描述了两个相互作用的粒子，通过量子力学可以推导出测量其中一个即能得知另一个粒子的状态. 佯谬指出如果承认微观粒子的“定域性”或“可分性”，则能推导出量子力学是不完备的. 虽然尼尔斯·玻尔很快提出了有力的反驳——量子力学本来就具备“整体性”或“非定域性”，因此EPR不适用，并得到了大多数物理学家的认同，但是EPR佯谬首先提出了量子的“定域实在性”，为物理学家们验证量子力学的完备性提供了一个新的思路。
量子通信技术的原理及发展趋势
量子通信技术的原理及发展趋势随着科技的发展，我们的通讯方式也逐渐变得更加便利和高效。
然而，随之而来的安全问题也逐渐成为了人们关注的焦点。
传统的加密方式往往容易被攻破，给数据安全带来了极大的威胁。
而量子通信技术的出现，为我们带来了一种全新的安全保障手段。
本文将探讨量子通信技术的原理及发展趋势。
一、量子通信技术的原理量子通信技术基于量子力学的原理，利用量子状态传递信息。
在量子通信系统中，量子比特（qubit）代替了传统通信中的经典比特（bit）。
量子比特可以处于多种状态中的任意一种，比如可以同时处于“0”和“1”这两个状态，这就是著名的叠加态。
在传递信息时，通过测量量子比特的状态，就可以获得传输的信息。
量子通信技术的另一个重要原理是量子态的不可克隆性。
由于量子态的可观测性原理，当我们在测量一个比特的状态时，就会改变其原本的状态。
这就意味着攻击者无法在未被发现的情况下复制量子比特的状态，从而实现信息的窃取。
这一原理被称为量子态的非克隆性，是量子通信技术所具有的独特优势之一。
二、量子通信技术的发展历程量子通信技术的发展可以追溯到20世纪初的两位物理学家爱因斯坦和波尔。
他们提出了著名的“EPR悖论”，从而激起了量子力学的革命。
随着量子力学的发展，人们开始探索利用量子力学的原理来传递信息。
1964年，费曼科学家提出了量子计算机的概念，为量子通信技术的进一步发展奠定了基础。
从80年代开始，国际上开始研究量子密码。
直到90年代，研究人员才开始在实验室中进行量子密钥分配技术的实现。
2004年，中国科学家成功地实现了量子密钥分配和量子密钥分发。
这标志着中国成为了第一个实现量子加密技术的国家之一。
目前，欧洲、美洲、亚洲等地均在加紧研究和开发量子通信技术，掌握这一技术的国家将在未来的通信领域获得更大的优势。
三、量子通信技术的应用前景量子通信技术的发展带来了许多前景广阔的应用领域。
最明显的应用就是在军事领域和政府机构中的通信保密。
通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案
分类号编号烟台大学毕业论文（设计）通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案Binary Information Transfer via the Einstein-Podolsky-Rosen Channel申请学位：学士院系：光电信息科学技术学院专业：应用物理姓名：刘峰学号：200413501004指导老师：曹德忠（讲师）2008年5月24日烟台大学通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案姓名：刘峰导师：曹德忠（讲师）2008年5月24日完成地点：烟台大学烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：[摘要]:本文简单的介绍了纠缠态的定义。
回顾了量子通信方案、量子克隆方面的文献。
在以前量子通信方案的基础上，本文作者提出了一个新的只利用EPR通道传输二进制信息的量子通信方案，并对此方案进行了评价。
[关键词]:纠缠态; 非精确克隆; EPR通道; 量子通信[Abstract]: This dissertation introduces the definition of entangled state and reviews the literature about quantum communication scheme and quantum cloning. Based on the previous quantum communication schemes, the author designs a new scheme only using EPR channel to transport binary information. Additionally, the author makes an evaluation of this scheme.[Key words] Entangled state, Inaccurate Cloning, EPR Channel, Quantum Communication目录1引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2纠缠态 (1)1.3几种量子通信方案 (3)1.4量子克隆 (9)2通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案 (12)2.1方案简述 (12)2．2 方案描述 (13)2.2.1 ...................................................................................................达成通信协议 (13)2.2.2 EPR通道传输 (13)2.3 方案扩展 (19)2.4 应用 (19)2.4.1通信协议 (19)2.4.2方案应用 (20)2.5缺陷 (20)3结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)1 引言1.1 研究背景自量子力学建立以来，这一理论就不断改变着人们对世界的认识。
一种利用EPR块状传输的量子密钥协议
一种利用EPR块状传输的量子密钥协议王景燕;王妍妍;侯奎;史守华【摘要】In this paper the authors described a new quantum key agreement protocol based on Einstein-Podolsky-Rosen pair block.Since it used EPR pairs in distributing the key and each EPR pair carried 2 bits of key code,Alice and Bob could obtain all the information of their partners in this protocol.The qubit efficiency of this protocol was in close proximity to 100%.Two times of security test was adopted to guarantee the security of this protocol.%提出一种基于EPR块状传输技术的量子密钥协议.由于在密钥传输中运用了EPR对,而每个EPR对包含两比特信息,通过这种方法Alice和Bob可以得到对方的全部信息,从而使这种方法的效率接近于100％.两次安全性检测保证了这种方法的安全性.【期刊名称】《安徽大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(036)001【总页数】5页(P64-68)【关键词】量子密钥协议;量子密钥传输;贝尔基检测;EPR对;安全性检测【作者】王景燕;王妍妍;侯奎;史守华【作者单位】安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230039;安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230039;安徽建筑工业学院数理系,安徽合肥230601;安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230039;安徽文达信息与技术学院院长办公室,安徽合肥231201【正文语种】中文【中图分类】O413.20 IntroductionThe main goal of cryptography is to make secret message intelligible to the authorized parties of the communication but not readable to eavesdropper. We all know that in order to protect the secret messages, sometimes two distant parties have to establish a shared secret key and used this key to encrypt (decrypt) the secret information. During the past few years, many kinds of technologies were put out to produce the secret key[1]. Such as the Quantum Key Distribution (QKD), in which one party decides the key and then distributes it to the other parties. Later the key agreement protocol was put out, in which two or more parties agree upon a key over insecure communication channels according to their exchanged messages[2-4]. Since 1980’s, different protocols for quantum key agreement have been proposed and analyzed[5]. A new quantum key agreement (QKA) protocol based on the quantum teleportation technique was tried by Zhou et al[6]. in 2004. However, Tsai and Hwang later pointed out that Zhou et al.’s protocol was not a fair QKA. In Zhou et al.’s protocol the shared key can be fully determined by a party and then be distributed to the other parties. Song-Kong Chong et al. proposed a new protocol in 2010, in which both parties can negotiate a shared secret key by employing the unitary operations and the delayed measurementtechnique to modify the BB84 protocol. But it has only 50% qubit efficiency after the random sampling discussion. Here we propose a new QKA protocol which employs the Einstein-Podolsky-Rosen pair block[7] technique to product secret keys. The qubit efficiency of this protocol is about 100%. This paper is organized as follows. In Sec. 1, we first introduce the protocol in details. In Sec. 2, we analyze the security of our protocol. In Sec. 3, a brief conclusion is given.1 The proposed QKA protocol(1) Coral, Alice and Bob agree on that each of the four Bell bases can carry two bits of key code and encode u0, u1, u2, u3 as 00, 01, 10, 11, respectively[8-9].(2) In the Fig.1，Coral prepares two ordered n+2m EPR pairs in state named A and B. And an EPR pair is one of the four Bell states[10-12]Coral takes one particle from each EPR pair in sequences A and B to form two ordered EPR particle sequences, say, A1, B1, the others are named A2, B2. And Alice and Bob prepare a 2n-bit string KA={ka1,ka2,…,ka2n},KB={kb1,kb2,…,kb2n}, respectively.Fig.1 Coral prepares two ordered n+2m EPR pairs in state named A and B (3) In the Fig.2, Coral sends B1, A1 to Alice and Bob, respectively. Then Coral, Alice and Bob check eavesdroppers for the first time. Here we take Alice for example.(a) Coral chooses randomly m photons out from the B2sequence andchooses randomly one of the two sets of BMs, say,σx, σzto measure the chosen photons .(b) Coral tells Alice the positions of the particles that he has chosen, which BM he has chosen for each photon and the outcomes of his measurements.(c) Alice uses the same measurement basis as Coral to measure the corresponding photons in the B1sequence and compares them with the results of Coral. If no eavesdropping exists, their results should be completely opposite, i.e., if Coral gets 0 (1), then Alice gets 1 (0). If theerror rate is small, Coral and Alice can conclude that there is no eavesdropper in the channel and then they discard the chosen checking photons. The sequences B1, B2change into Bob does the same and the sequences A1, A2 change into If the error rate is high, they have to discard their transmission.Fig.2 Coral sends B1, A1 to Alice and Bob, respectively(4) In the Fig.3, Coral sends to Alice and Bob. Here we take Alice for example. After Alice having received the sequence, she does the second time eavesdroppers checking.(a) Alice chooses m phones out from as check phones and measures them with one of the two sets of BMs, say,σx, σz. Then Alice encodes her messages according to the values of KA on the other n phones in sequence. When k2i-1k2i=00(here 2i-1=a1,a3,…a2n-1; 2i=a2,a4,…,a2n), she performs U0=|0〉〈0|+|1〉〈1| on when k2i-1k2i=01, she performs U1=|0〉〈0|-|1〉〈1|; when k2i-1k2i=10, she performs U2=|0〉〈1|+|1〉〈0| when k2i-1k2i=11, she performs U3=|0〉〈1|-|1〉〈0|. Then Alice sends Bob,and tells Bob the positions of the checking photons, the BMs she used and the measured results through the classical channel[13].(b) After having received the Bob measures the checking phones in with the same BMs as Alice and compares the results with Alice’s. If there is no eavesdropper in the channel, their results should be the same, i.e., if Alice gets 0 (1), then Bob gets 0 (1). In the Fig.4, if the error rate is small, he discards the checking phones in and the relevant phones in Then change into Bob does the same as Alice, and change into If the error rate is high, they will discard the communication.Fig.4 Alice and Bob do the second time of eavesdropping detection(5) In the Fig.5, Bob performs the Bell state measurement on reads out the information about the operations of Alice. By doing this, Bob can obtain string KA.Alice does the same as Bob and can obtain string KB Fig.5 Alice and Bob perform the Bell State measurement on(6) Alice and Bob agree on that the key is KAB=KA+KB.2 The security of this protocolTwo times of eavesdropping detection in the channel can ensure the security of this protocol. If the first time eavesdropping check is successful, Eve cannot obtain the A1sequence and A2 sequence or B1 sequence and B2 sequence at the same time. So he cannot obtain the information by performing Bell states measurement. Many kinds of eavesdropping such as intercept-resend attack, entanglement swapping attack[14]， Trojan horse attack and so on can be found in the second time eavesdropping check.Because if there is one of kind of these attacks in the channel, the outcomes of Alice’s measurements will be different form the outcomes of Bob’s. So we think that the two times of eavesdropping check can ensure that no information leaks to Eve.3 ConclusionsNow let us make some brief discussions about our protocol. In summary, we have proposed an efficient QKA scheme based on the block transmission of EPR pairs. And the biggest advantage of our QKA scheme is that it has a higher efficiency than the previous protocol. Through dense-coding and Bell states measurement the users can obtain all the information of their partners. Moreover, in order to prevent eavesdropping, Coral, Alice and Bob employ two times of eavesdropping check to ensure the security. So the security level is high. In conclusion, our QKA scheme is secure and efficient.References:[1] Nielsen M A, Chuang I L. Quantum computation and quantum information[M].Cambridge: Cambridge University Press,2000:17-24.[2]Chong S K, Hwang T. Quantum key agreement protocol based onBB84[J].Optical Communication,2010,283:1192-1195.[3] Bennett C H, et al. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels[J].Physical Review Letter,1993,70:1895-1898.[4] Trappe W, Wang Y, Liu K J R. Resource-aware conference key establishment for heterogeneous network[J].IEEE/ACM Transactions onNetworking,2005,13:134-146.[5] Ekert A E. Quantum cryptography based on Bell’s theorem[J].Physical Review Letter,1991,67:661-667.[6] Zhou N, Zeng G, Xiong J. Quantum key agreementprotocol[J].Electronics Letter, 2004,40:1149-1155.[7] Deng F G, Long G L, Liu X S. Two-step Quantum direct communication protocol using the Einstein-Podolsky-Rosen pair block[J].Physical Review A,2003,68:042317.[8] Bennett C H, Wiesner S J. Communication via one and two-particle operators on Einstein-Podolsky-Rosen states[J].Physical Review Letter,1992,69:2881-2884.[9] Gao G. Quantum key distribution scheme with highefficiency[J].Communication Theoretical Physics,2009,51:820-824. [10] Lance A M, Symul T, Bowen W P, et al. 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基于双向量子隐形传态上的双向量子安全直接通信
基于双向量子隐形传态上的双向量子安全直接通信孔令浩;胡占宁【摘要】提出了一种利用EPR对和纠缠交换的双向量子隐形传态;在这个协议中,双方可同时发送一个未知的单一量子比特给对方,而且在实际操作中比以前的提出的协议更加简单;利用提出的双向量子隐形传态,建立了一种新的双向量子安全直接通信协议,协议在通信过程中不需要传递携带秘密信息的量子比特,大大提高了量子通信的安全信.【期刊名称】《重庆工商大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(032)010【总页数】5页(P54-57,67)【关键词】纠缠交换;双向量子隐形传态;双向量子安全直接通信【作者】孔令浩;胡占宁【作者单位】天津工业大学理学院,天津300000;天津工业大学理学院,天津300000【正文语种】中文【中图分类】O402基于双向量子隐形传态上的双向量子安全直接通信∗∗基金项目：国家自然科学理论物理专项基金（11447153）.孔令浩，胡占宁（天津工业大学理学院，天津300000）作者简介：孔令浩（1990⁃），男，河北邢台人，硕士研究生，从事量子安全通信研究.摘要：提出了一种利用EPR对和纠缠交换的双向量子隐形传态；在这个协议中，双方可同时发送一个未知的单一量子比特给对方，而且在实际操作中比以前的提出的协议更加简单；利用提出的双向量子隐形传态，建立了一种新的双向量子安全直接通信协议，协议在通信过程中不需要传递携带秘密信息的量子比特，大大提高了量子通信的安全信.关键词：纠缠交换；双向量子隐形传态；双向量子安全直接通信中图分类号：O402文献标志码：A文章编号：1672－058X（2015）10－0054－04收稿日期：2015－01－15；修回日期：2015－03－17.doi：10.16055/j.issn.1672－058X.2015.0010.011纠缠交换是量子通信的一个重要方面，它被广泛应用到量子的信息处理中，例如量子隐形传态、量子秘密共享等.量子隐形传态是在量子纠缠的帮助下，经由经典通道和EPR通道将甲地的某一个粒子的未知量子态在乙地的另一个粒子上还原出来［1］.1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分配协议BB84协议，可以实现建立在量子力学原理上的安全通信，该协议也称Bennett⁃Brassard协议［2］，标志着量子通信安全研究的开始.首先提出了一种利用EPR对和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.1 双向量子隐形传态1.1 量子纠缠交换方法假设4个EPR形式可以写为假设信息发送者Alice和接收者Bob共享量子态ψ＋〉12和ψ＋〉34，其中量子比特1和4属于发送者Alice，量子比特2和3属于接收者Bob，对发送者Alice进行Bell基测量，则整个量子态塌缩，接收者的量子比特构成新的纠缠态，其形式如下：如果发送者得到的结果是ϕ＋〉14，那么接收者得到的结果必是ϕ＋〉23.1.2 双向量子隐形状态的实现在Alice和Bob之间建立一条量子信道，假定这条量子信道是由两个EPR纠缠对构成，其形式为其中量子比特a1和a2属于Alice，b1和b2属于Bob.整个量子体系的总量子态为将A和B当做控制位，a1和b2当做靶位，进行受控非门操作，得到的结果为［3］Alice和Bob各自将量子比特a1和b2在Z基上进行测量，量子比特A和B在X基上进行测量，然后将测量的结果告诉对方，其测量结果见表2.根据得到的结果应用一位门操作（表1），即可还原出另一方的单一量子比特态，举例说明：假设Alice的测量结果是Bob的测量结果是则其他粒子状态塌缩成［4，5］→即双向量子隐形传态能够成功实现.表1 对应的一位门操作表2 测量结果和其余粒子塌缩的量子态对比已经提出的双向量子隐形传态协议［6］.首先，在式（4）中把两个EPR对作为量子信道，这就使实验在准备阶段更加简单，其次，利用纠缠交换的特性，进行单一量子比特测量比进行Bell基测量的准确度更高.2 双向量子安全直接通信协议在准备阶段，Alice准备大量排序相同的两粒子EPR对（式（8）），其中Alice 自己保留第一个粒子，并将第2个粒子发送给Bob.进行窃听检测，在被告知Bob收到所有第2个粒子以后，Alice从自己持有的粒子中任意选取足够多的粒子作为检测粒子，任意选取Z基或者X基进行测量，然后Alice将测量的粒子序列以及测量基告诉Bob，Bob在同一测量基下测量相同的粒子，并将测量结果告诉Alice，如果测量结果完全一致，说明量子信道中没有Eve存在，通信就可以继续.在确定量子信道是安全以后，Alice和Bob将其余的EPR对分成几组，每组包含两个EPR对以保证Alice和Bob能够交换他们的秘密信息，Alice和Bob依照自己的秘密信息创建一个单一的量子比特态（式（9）），并且将这个单一比特态传输给对方.在式（9）上进行操作（式（4）（5）（6）），同样Alice和Bob各自将量子比特a1和b2在Z基上进行测量，量子比特A和B在X基上进行测量，然后将各自测量的结果通过经典通道告诉对方.由于经典通道中的信息传播速度比光速慢，所以并不违背光速不可超越理论.根据得到的结果应用一位门操作（表1），Alice 和Bob就能成功还原出另一方的单一比特态，从而得知对方的秘密信息.举例：Alice和Bob测量的结果是0〉a1＋〉A和0〉b2＋〉B，则其他粒子状态塌缩成：即双向量子安全直接通信也能成功实现.3 双向量子安全直接通信的安全分析在传输秘密信息过程中是用双向隐形传输，在量子信道中没有携带秘密信息的量子比特通过.因此Eve只能在准备阶段对通信进行攻击，Eve用测量基X或者Z测量Bob的量子比特，再将她测量的信息代替Alice的信息发送给Bob.举例：假设Alice用的测量基是X基，当Eve用的测量基是X基时，攻击不会被发现；当Eve 用的测量基是Z基时，有1/2的概率被发现（式（11））：Eve运用一种一元运算在Bob的量子比特上［7］，然后在将结果作为替代者发送给Bob.由式（12）可知，Alice运用的测量基是X基时，Eve被发现的概率是.当Alice运用的测量基是Z基时，那么Eve被发现的概率就是4 结论首先提出来一种理想的双向量子隐形传态，这个协议仅需要单一量子比特测量、受控非门操作、以及一位门操作，比现有的协议更加方便.又利用双向量子隐形传态提出双向量子安全直接通信，运用了纠缠交换和隐形传输技巧，没有携带秘密信息的量子比特从量子信道中传输，因此量子信道是理想的，双向量子安全通信肯定是安全的.（下转第67页）。
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分类号编号烟台大学毕业论文（设计）通过EPＲ通道传输二进制信息的量子通信方案Ｂｉｎaｒy Infoｒmａtiｏn Transfer vｉa the Einsｔeｉn－Poｄoｌsky—RoseｎChaｎnｅl申请学位：学士院系：光电信息科学技术学院专业:应用物理姓名：刘峰学号：2指导老师:曹德忠(讲师）2０08年5月24日烟台大学通过EPR通道传输二进制信息的量子通信方案姓名：刘峰导师：曹德忠(讲师）2008年5月24日完成地点:烟台大学烟台大学毕业论文(设计）任务书院（系）:[摘要］:本文简单的介绍了纠缠态的定义。
回顾了量子通信方案、量子克隆方面的文献。
在以前量子通信方案的基础上，本文作者提出了一个新的只利用EＰR通道传输二进制信息的量子通信方案，并对此方案进行了评价。
[关键词]：纠缠态; 非精确克隆；EPR通道；量子通信ﻬ[Aｂsｔrａct］： Tｈis disserｔatｉｏn iｎtｒoduceｓ the deｆｉｎition ｏｆ entａnｇｌed sｔate and reviｅws the liteｒatｕｒｅ about quant ｕm coｍmｕｎicatiｏn sｃheme and qｕantum cｌoｎiｎｇ．Ｂaｓed on the previｏuｓ quａntum ｃommunｉｃatｉｏn ｓchemes，ｔhe autｈｏr designs a new scｈｅme only ｕsｉng EＰR ｃhａｎnｅｌ to trａnspｏｒt ｂｉnary i ｎｆormａtｉoｎ。
Ａdｄiｔionally，ｔhe autｈor makes an eｖａｌuaｔion ｏf tｈis ｓchｅme。
[Key worｄｓ］Ｅntaｎgled ｓtate，Inacｃｕrate Cloniｎｇ, EPR Cｈannel， Qｕａntum Cｏmmuｎication目录1ﻩ引言................................................ 错误!未定义书签。
1.1 研究背景.................................... 错误!未定义书签。
1.2 纠缠态ﻩ错误!未定义书签。
1．3 几种量子通信方案.............................. 错误!未定义书签。
1。
4ﻩ量子克隆..................................... 错误!未定义书签。
2 通过EＰR通道传输二进制信息的量子通信方案.......... 错误!未定义书签。
2。
１方案简述...................................... 错误!未定义书签。
2.2方案描述ﻩ错误!未定义书签。
2.2.１ﻩ达成通信协议ﻩ错误!未定义书签。
2．2。
2 EＰR通道传输ﻩ错误!未定义书签。
2.3 方案扩展...................................... 错误!未定义书签。
2．4 应用ﻩ错误!未定义书签。
２.4.1 通信协议................................. 错误!未定义书签。
2.4.2 方案应用................................. 错误!未定义书签。
2.５缺陷........................................... 错误!未定义书签。
3 结论............................................... 错误!未定义书签。
致谢................................................... 错误!未定义书签。
参考文献............................................... 错误!未定义书签。
1 引言１.1 ﻩ研究背景自量子力学建立以来,这一理论就不断改变着人们对世界的认识。
由于量子力学中的“不确定性”以及“纠缠”等独特的性质和现象，利用量子力学设计新的通信方式逐渐引起人们的关注。
随着近年来实验条件的进步，一系列量子通信领域的理论结果得以验证,量子通信引起了物理界的极大兴趣和重视。
量子通信方案可以分为两类，一类是包含E ＰR ［1］通道和经典通道的量子通信方案,一类是只包含ＥPR 通道的量子通信方案。
然而，很多通信方案都遭到了不同程度的质疑。
其中,争议最多的就是只包含E ＰR 通道的量子通信方案。
这是因为包含ＥPR 通道的量子通信方案与超光速通信紧密的联系在一起。
H ｅｒｂert [２]于1982年提出了一种只通过E ＰR 通道进行通信的方案.由于这一方案仅利用了EPR 通道，因此信息的能够以超越光速传递。
这一方案立刻遭到了Wo ｏｔe ｒs 、Z ｕrek ［3]以及Ｇｌau ｂｅr [4］等人的反对.Ｗｏｏters 和Z ｕrek 证明基于量子力学的态叠加原理,不存在能够精确复制任意量子态的物理过程。
这一结果称为“量子不可克隆定理".由于H ｅrbert 的方案中涉及到了量子态的精确克隆,所以这一方案被否定了。
量子不可克隆定理在一段时间内限制了对量子克隆的讨论.然而，随着概率克隆和非精确克隆等量子克隆方式的出现，利用量子克隆实现只包含EP Ｒ通道的量子通信方案的可能性再度引起了广泛的讨论。
尽管Brus ｓ［5］等人从理论上讨论了利用纠缠作用进行超光速通信的可能性，并证明了在当前的量子力学理论框架下不允许此类通信方案的存在。
但新的只利用了EPR 通道的量子通信方案仍被设计出来,并等待实验的验证。
1。
2ﻩ纠缠态纠缠是量子力学中奇妙的特性之一。
在处于纠缠态的系统中，各子系统并不是独立存在而是与其它子系统之间存在着一种相互作用。
这种相互作用是瞬时的并且可以作用在任意远的距离上。
也就是说，这种相互作用是不受时间和空间的限制的。
考虑１、２两个系统.设1|ϕ>与2|ϕ>是1、2两系统的本征态。
如果1、２两系统的本征态12|ϕ>不能写成它们各自本征态的直积形式,即：1212|||ϕϕϕ>≠>⊗> （1）那么就称1、2两系统处于纠缠态［６].混态的纠缠态可以用密度矩阵来定义[６]：1212ρρρ≠⊗（２）下面我们通过一个例子来解释为什么说纠缠作用是一种不受时间和空间限制的作用。
假设有两个光子1和2,它们处于纠缠态：121212|>=↔↔ψ|>|>-|>|>） (3） |>和↔|>为光子的本征态。
|>表示光子处于竖直偏振态上,↔|>表示光子处于水平偏振态上。
当对其中一个光子进行测量时，若发现它是竖直偏振的,那么,系统的态函数就会立刻蹋缩为1212|>=↔ψ|>|> (4)即在光子１的状态被确定的瞬间，光子２的状态也被确定下来，不过这两个光子距离多远。
也就是说在光子1和光子２之间存在一种不受时间和空间限制的纠缠作用。
值得阐明的是，(3）式所面熟的状态并不是只有一个光子处于竖直偏振态上，另一个光子处于水平偏振态上，但我们不知道那一个光子水平偏振，哪一个光子竖直偏振。
如果这样看待两个光子的关系,那么两个光子之间便不存在任何相互作用,而只有逻辑上的关系。
举例来说，加入甲地的一个箱子中方有一个黑求和一个白球.一个人随机的从箱子中抽取一个球并在不知道所取出球的颜色的情况下将去放入另一个箱子中，然后带到乙地。
这时，虽然我们知道这两个球一个是黑球,一个是白球,但我们并不知道甲地的是黑球还是乙地的是黑球。
当我们观察其中一个球时,我们同时也就知道了另一个球的颜色.然而,这并不表示家底和一地的两个球有某种相互作用。
我们能够判断处两地球的颜色,完全是一种逻辑上的推断。
处于纠缠态的一对光子与上例中所说的两个球的不同之处在于,在光测光子之前,光子的偏振态是不确定的。
能够确定的是两光子自偏振态的关系。
假如光子1被观测到在竖直方向上偏振，那么光子2必然在水平方向上偏振。
如果重复这个实验，但这次观测到光子1是在45度方向上偏振，那么光子2必然在-45度方向上偏振。
也就是说光子1和2的偏振方向的观测结果必然是相互正教的，但在观测前光子1和２的偏振方向并不确定.这种“不确定”并不是指光子1和2实际处在某两个偏振态上，但我们不知道是那两个偏振态，而是指光子１和2处于一种没有确定偏振态的状态。
如果在观测之前，光子1和2的偏振态就是确定的（就像两个球的颜色在观测之前就是确定的一样),并假设一个事竖直偏振,一个是水平偏振。
那么当用一对相互正交的偏振片(假设一个是45度偏振片，一个是—45度偏振片）检测光子１和2时，若光子1闯过了偏振片,那么光子2也可能不会穿过偏振片。
丹饰演上并未发现这种情况.也就是说,光子1和2的偏振态是在观测之后才确定下来的。
如果重复上述实验，若光子1穿过了偏振片，那么另一个光子必然会穿过偏振片.１.3 几种量子通信方案量子通信是指基于量子力学理论的通信方式。
信息的传递机制完全或部分的根据量子力学理论来设计.量子通信可以通过不同的方案实现。
根据痛惜方式的特点和适用条件，不同的量子通信方案可以应用于不同的用途。
量子通信目前还主要处于研究阶段。
虽然有初步的应用，但仍有很多问题等待解决。
199３年,Ｂennett ［7］等人从理论上提出了一种“量子隐形传态"方案。
这种量子通信方案的实施需要两条通道:一条经典通道和一条EPR 通道。
经典通道是指基于经典理论的通信方式,例如电话、电报等通信方式.EPR 通道是指纠缠租用。
量子隐形传态可以完全作为一种传递量子态的通信方式.而如果对所传递的量子态进行编码。
例如规定数值偏振态对应二进制数字１。
水平偏振态对应二进制数字0，那么量子隐形传态又可以传递经典信息.最简单的量子隐形传态需要三个粒子。
一个事目标粒子(记为粒子１）。
目标粒子所处的来年高姿态就是要传递的量子态。
另外两个粒子是处于纠缠态的一对粒子(记为粒子2和粒子３)。
假设粒子1为处于未知偏振态的光子，其态函数可写为:111|a>=ψ|90>+b|0> （5)22||||1a b +=,a ，b 就是要传送的量子信息。
|90>表示光子在90度方向上偏振，|0>表示光子在0度方向上偏振。
粒子2和粒子3为处于纠缠态的粒子，其态函数可写为：()231212|->=ψ|90>|0>-|0>|90>） (6） 信息发送者Alic ｓ拥有光子1和光子2，信息接收者Ｂo ｂ拥有光子３.由1,2，3光子组成的系统的态函数可写为:123123123123123|>=ψ|90>|90>|0>-|90>|0>|90>）|0>|90>|0>-|0>|0>|90>） (7）此时，光子1与由光子２和光子３组成的系统之间没有任何关系.接下来，Alics 对光子1和光子２进行一次冯。