搜索

x

留言板

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

downloadPDF
引用本文:
Citation:

危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛

Deterministic secure quantum communication with double-encoded single photons

Wei Yu-Yan, Gao Zi-Kai, Wang Si-Ying, Zhu Ya-Jing, Li Tao
PDF
HTML
导出引用
  • 量子通信是量子科学技术的一个重要研究领域, 是一种利用量子力学原理, 能够在合法各方之间安全地传输私密信息的通信方式. 基于单光子的确定性安全量子通信通常需要在发送方和接收方之间来回两次传输单光子态, 并利用局域幺正变换加载信息. 本文提出了一种单向传输单光子态的确定性安全量子通信方案. 发送方利用单光子的极化和time-bin两自由度构成的两组共轭基矢量来编码经典逻辑比特. 接收方通过设计合适的测量装置可以在发送方辅助下确定性地获取比特信息并感知窃听, 从而实现信息的确定性安全传输. 另外, 我们的协议使用线性光学元件和单光子探测器, 可以在当前的量子通信装置上实现.
    Quantum communication is an important branch of quantum technology. It can safely transmit private information between legitimate parties and its unconditional security is guaranteed by quantum physics. So far, deterministic secure quantum communication without entanglement usually transmits single photons in two-way quantum channels. We propose a deterministic secure quantum communication proposal, and it requires a one-way quantum channel and a classical channel. In our protocol, a sender encodes logical bits by using two conjugate bases consisting of the polarization and time-bin degrees of freedom of a photon and transmits it to a receiver over a quantum channel. Upon receiving this photon, the receiver measures it randomly in two bases and can decode the bit deterministically with the help of the sender. Any attack from eavesdroppers will be detected by the legitimate parties. Furthermore, this protocol can be implemented with linear-optic elements and single-photon detectors.
        通信作者:李涛,tao.li@njust.edu.cn
      • 基金项目:江苏省自然科学基金 (批准号: BK20180461) 和国家自然科学基金 (批准号: 11914171) 资助的课题
        Corresponding author:Li Tao,tao.li@njust.edu.cn
      • Funds:Project supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China (Grant No. BK20180461) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11914171)
      [1]

      [2]

      [3]

      [4]

      [5]

      [6]

      [7]

      [8]

      [9]

      [10]

      [11]

      [12]

      [13]

      [14]

      [15]

      [16]

      [17]

      [18]

      [19]

      [20]

      [21]

      [22]

      [23]

      [24]

      [25]

      [26]

      [27]

      [28]

      [29]

      [30]

      [31]

      [32]

      [33]

      [34]

      [35]

      [36]

      [37]

      [38]

      [39]

      [40]

      [41]

      [42]

      [43]

      [44]

      [45]

    • 量子态 下路径 右路径
      $ \left| {H{t_{{ + }}}} \right\rangle $ $ {D_1}\left( {{t_0}} \right)/{D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right)/{D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      $ \left| {V{t_ - }} \right\rangle $ $ {D_2}\left( {{t_0}} \right)/{D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right)/{D_5}\left( {{t_1}} \right) $
      $ \left| { + {t_0}} \right\rangle $ $ {D_1}\left( {{t_0}} \right)/{D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right)/{D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      $ \left| { - {t_0}} \right\rangle $ $ {D_1}\left( {{t_1}} \right)/{D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right)/{D_4}\left( {{t_1}} \right) $
      下载: 导出CSV

      响应 $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $ {1}/{4} $ $ {1}/{4} $ $ {1}/{4} $ $ {1}/{4} $
      下载: 导出CSV

      光子态 $ \left| {H{t_ + }} \right\rangle $ $ \left| { + {t_0}} \right\rangle $ $ \left| { - {t_1}} \right\rangle $
      概率 $ {1}/{2} $ $ {1}/{4} $ $ {1}/{4} $
      下载: 导出CSV

      探测器响应 $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $
      下载: 导出CSV

      响应 $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $1/{4}$ $1/{4}$ $1/{4}$ $1/{4}$
      下载: 导出CSV

      光子态 $ \left| {V{t_ - }} \right\rangle $ $ \left| { + {t_0}} \right\rangle $ $ \left| { - {t_1}} \right\rangle $
      概率 $1/{2}$ $1/{4}$ $1/{4}$
      下载: 导出CSV

      探测器响应 $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $
      下载: 导出CSV

      响应 $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 ${1}/{4}$ ${1}/{4}$ ${1}/{4}$ ${1}/{4}$
      下载: 导出CSV

      光子态 $ \left| { + {t_0}} \right\rangle $ $ \left| {H{t_ + }} \right\rangle $ $ \left| {V{t_ - }} \right\rangle $
      概率 ${1}/{2}$ ${1}/{4}$ ${1}/{4}$
      下载: 导出CSV

      探测器响应 $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $
      下载: 导出CSV

      响应 $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $1/{4}$ $1/{4}$ $1/{4}$ $1/{4}$
      下载: 导出CSV

      光子态 $ \left| { - {t_1}} \right\rangle $ $ \left| {H{t_ + }} \right\rangle $ $ \left| {V{t_ - }} \right\rangle $
      概率 $1/{2}$ $1/{4}$ $1/{4}$
      下载: 导出CSV

      探测器响应 $ {D_1}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_3}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_4}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_1}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_2}\left( {{t_0}} \right) $ $ {D_5}\left( {{t_1}} \right) $ $ {D_6}\left( {{t_1}} \right) $
      概率 $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {3}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $ $ {1}/{{16}} $
      下载: 导出CSV
    • [1]

      [2]

      [3]

      [4]

      [5]

      [6]

      [7]

      [8]

      [9]

      [10]

      [11]

      [12]

      [13]

      [14]

      [15]

      [16]

      [17]

      [18]

      [19]

      [20]

      [21]

      [22]

      [23]

      [24]

      [25]

      [26]

      [27]

      [28]

      [29]

      [30]

      [31]

      [32]

      [33]

      [34]

      [35]

      [36]

      [37]

      [38]

      [39]

      [40]

      [41]

      [42]

      [43]

      [44]

      [45]

    • [1] 杨瑞科, 李福军, 武福平, 卢芳, 魏兵, 周晔.沙尘湍流大气对自由空间量子通信性能影响研究. 必威体育下载 , 2022, 71(22): 220302.doi:10.7498/aps.71.20221125
      [2] 刘瑞熙, 马磊.海洋湍流对光子轨道角动量量子通信的影响. 必威体育下载 , 2022, 71(1): 010304.doi:10.7498/aps.71.20211146
      [3] 赵宁, 江英华, 周贤韬.基于单光子的高效量子安全直接通信方案. 必威体育下载 , 2022, 71(15): 150304.doi:10.7498/aps.71.20220202
      [4] 聂敏, 王超旭, 杨光, 张美玲, 孙爱晶, 裴昌幸.降雪对地表附近自由空间量子信道的影响及参数仿真. 必威体育下载 , 2021, 70(3): 030301.doi:10.7498/aps.70.20200972
      [5] 危语嫣, 高子凯, 王思颖, 朱雅静, 李涛.基于单光子双量子态的确定性的安全量子通讯. 必威体育下载 , 2021, (): .doi:10.7498/aps.70.20210907
      [6] 尚向军, 马奔, 陈泽升, 喻颖, 查国伟, 倪海桥, 牛智川.半导体自组织量子点量子发光机理与器件. 必威体育下载 , 2018, 67(22): 227801.doi:10.7498/aps.67.20180594
      [7] 刘志昊, 陈汉武.基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案的信息泄露问题. 必威体育下载 , 2017, 66(13): 130304.doi:10.7498/aps.66.130304
      [8] 曹正文, 赵光, 张爽浩, 冯晓毅, 彭进业.基于Bell态粒子和单光子混合的量子安全直接通信方案. 必威体育下载 , 2016, 65(23): 230301.doi:10.7498/aps.65.230301
      [9] 聂敏, 张琳, 刘晓慧.量子纠缠信令网Poisson生存模型及保真度分析. 必威体育下载 , 2013, 62(23): 230303.doi:10.7498/aps.62.230303
      [10] 周南润, 宋汉冲, 龚黎华, 刘晔.基于GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议. 必威体育下载 , 2012, 61(21): 214203.doi:10.7498/aps.61.214203
      [11] 宋汉冲, 龚黎华, 周南润.基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议. 必威体育下载 , 2012, 61(15): 154206.doi:10.7498/aps.61.154206
      [12] 杨磊, 马晓欣, 崔亮, 郭学石, 李小英.基于色散位移光纤的高宣布式窄带单光子源. 必威体育下载 , 2011, 60(11): 114206.doi:10.7498/aps.60.114206
      [13] 柯熙政, 卢宁, 杨秦岭.单光子轨道角动量的传输特性研究. 必威体育下载 , 2010, 59(9): 6159-6163.doi:10.7498/aps.59.6159
      [14] 权东晓, 裴昌幸, 刘丹, 赵楠.基于单光子的单向量子安全通信协议. 必威体育下载 , 2010, 59(4): 2493-2497.doi:10.7498/aps.59.2493
      [15] 杨 磊, 李小英, 王宝善.利用光纤中自发四波混频产生纠缠光子的实验装置. 必威体育下载 , 2008, 57(8): 4933-4940.doi:10.7498/aps.57.4933
      [16] 王天银, 秦素娟, 温巧燕, 朱甫臣.多方控制的量子安全直接通信协议的分析及改进. 必威体育下载 , 2008, 57(12): 7452-7456.doi:10.7498/aps.57.7452
      [17] 王 剑, 陈皇卿, 张 权, 唐朝京.多方控制的量子安全直接通信协议. 必威体育下载 , 2007, 56(2): 673-677.doi:10.7498/aps.56.673
      [18] 冯明明, 秦小林, 周春源, 熊 利, 丁良恩.偏振光量子随机源. 必威体育下载 , 2003, 52(1): 72-76.doi:10.7498/aps.52.72
      [19] 梁创, 符东浩, 梁冰, 廖静, 吴令安, 姚德成, 吕述望.850nm光纤中1.1km量子密钥分发实验. 必威体育下载 , 2001, 50(8): 1429-1433.doi:10.7498/aps.50.1429
      [20] 廖静, 梁创, 魏亚军, 吴令安, 潘少华, 姚德成.基于光量子的真随机源. 必威体育下载 , 2001, 50(3): 467-472.doi:10.7498/aps.50.467
    计量
    • 文章访问数:4402
    • PDF下载量:148
    • 被引次数:0
    出版历程
    • 收稿日期:2021-05-13
    • 修回日期:2021-10-29
    • 上网日期:2022-02-22
    • 刊出日期:2022-03-05

      返回文章
      返回
        Baidu
        map