量子安全通信與量子信道理論有關問題的研究.pdf

1、量子通信以及量子信道理論是量子信息學的核心內(nèi)容。量子通信為信息的安全傳輸提供了新的方法。自從BB84量子密鑰分配方案提出以來，無論是離散變量還是連續(xù)變量的量子密碼通信，在理論和實驗上都取得了大量的研究成果，吸引了許多科學家加入這一研究領域。同時，信道容量是量子信息領域最基本的理論問題，它刻畫通信信道在噪聲環(huán)境中可信地傳輸信息的能力。在科學家們的長期努力下，對這個問題的研究已經(jīng)取得了很大的進展。然而，已有的結果離我們徹底理解量子信道的信息

2、傳輸容量還很遠。本文的工作便是在量子信息理論的道路上的嘗試與努力，集中體現(xiàn)在量子安全直接通信、連續(xù)變量量子密碼通信和量子信道容量三個方面：
　　在量子安全直接通信方面，我們提出了兩種基于用戶身份認證的量子安全直接通信理論方案。每種方案都分為身份認證和直接通信兩個部分。第一種方案由可信賴的第三方協(xié)助完成通信雙方身份認證過程，直接通信則利用密集編碼思想將機密信息直接加載到量子態(tài)上來完成，這樣既實現(xiàn)了用戶身份認證又增強了通信的安全性。而

3、第二種方案省去第三方的參與，將一組Bell基態(tài)作為身份認證和密集編碼的雙重載體，采用Ping-Pong通信模式實現(xiàn)整個通信過程，具有絕對安全和實驗上更易實現(xiàn)等優(yōu)點。
　　與經(jīng)典情形不同的是，噪音在特定的條件下能夠提升量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性能，增強通信協(xié)議的魯棒性。基于這個思路，我們提出了兩個利用噪音改進的雙向連續(xù)變量量子密碼通信協(xié)議，并計算在聯(lián)合攻擊下的安全密鑰率。結果表明，改進協(xié)議在安全密鑰率和信道的噪音容忍度兩個方面具有更好

4、的性能。作為雙向連續(xù)變最量子密碼協(xié)議“超加性”理論的支持，本結論將進一步提升雙向協(xié)議在連續(xù)變量量子密碼中的優(yōu)勢和重要性。
　　在量子信道容量方面，反向相干信息作為量子信道中相干信息的對應量，它所延伸出的反向相干信息容量被證明是可加的。基于這一性質，我們證明出反向相干信息容量對一般量子信道而言都是凸的。進一步研究指出量子信道的反向相干信息要比相干信息對信道的凸分解更加敏感。我們計算得出，退相信道的反向相干容量等于它的量子容量。根據(jù)這