量子安全通信與量子信道理論有關(guān)問(wèn)題的研究.pdf

1、量子通信以及量子信道理論是量子信息學(xué)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(lái)，無(wú)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(shí)驗(yàn)上都取得了大量的研究成果，吸引了許多科學(xué)家加入這一研究領(lǐng)域。同時(shí)，信道容量是量子信息領(lǐng)域最基本的理論問(wèn)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(xué)家們的長(zhǎng)期努力下，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。然而，已有的結(jié)果離我們徹底理解量子信道的信息

2、傳輸容量還很遠(yuǎn)。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(gè)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(rèn)證的量子安全直接通信理論方案。每種方案都分為身份認(rèn)證和直接通信兩個(gè)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(rèn)證過(guò)程，直接通信則利用密集編碼思想將機(jī)密信息直接加載到量子態(tài)上來(lái)完成，這樣既實(shí)現(xiàn)了用戶身份認(rèn)證又增強(qiáng)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(rèn)證和密集編碼的雙重載體，采用Ping-Pong通信模式實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信過(guò)程，具有絕對(duì)安全和實(shí)驗(yàn)上更易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　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(qiáng)通信協(xié)議的魯棒性?；谶@個(gè)思路，我們提出了兩個(gè)利用噪音改進(jìn)的雙向連續(xù)變量量子密碼通信協(xié)議，并計(jì)算在聯(lián)合攻擊下的安全密鑰率。結(jié)果表明，改進(jìn)協(xié)議在安全密鑰率和信道的噪音容忍度兩個(gè)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(jié)論將進(jìn)一步提升雙向協(xié)議在連續(xù)變量量子密碼中的優(yōu)勢(shì)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(duì)應(yīng)量，它所延伸出的反向相干信息容量被證明是可加的?；谶@一性質(zhì)，我們證明出反向相干信息容量對(duì)一般量子信道而言都是凸的。進(jìn)一步研究指出量子信道的反向相干信息要比相干信息對(duì)信道的凸分解更加敏感。我們計(jì)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