目錄
第1章 量子力學(xué)基礎(chǔ)知識 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 狀態(tài)空間和量子態(tài) 1
1.1.2 完備正交基 2
1.1.3 量子比特 3
1.1.4 算子 4
1.1.5 測量 6
1.1.6 表象及表象變換 8
1.1.7 密度算子 10
1.1.8 Schmidt分解和糾纏態(tài) 12
1.1.9 糾纏交換 13
1.1.10 密集編碼 14
1.2 基本原理 15
1.2.1 測不準(zhǔn)原理 15
1.2.2 量子不可克隆定理 16
1.2.3 非正交量子態(tài)不可區(qū)分定理 16
參考文獻(xiàn) 17
第2章 量子密鑰分發(fā)與身份認(rèn)證 18
2.1 兩個(gè)基本的密鑰分發(fā)協(xié)議 19
2.1.1 BB84 協(xié)議 19
2.1.2 GV95 協(xié)議 22
2.2 兩類量子密鑰分發(fā)協(xié)議的共同本質(zhì)——信息分割 23
2.3 不需要交替測量和旋轉(zhuǎn)的量子密鑰分發(fā)方案 27
2.3.1 協(xié)議描述 28
2.3.2 安全性分析 29
2.3.3 結(jié)束語 33
2.4 基于Bell基與其對偶基的量子密鑰分發(fā)方案 33
2.4.1 兩級系統(tǒng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議 33
2.4.2 d級系統(tǒng)中的糾纏交換 36
2.4.3 d級系統(tǒng)中Bell基與其對偶基的關(guān)系 38
2.4.4 d級系統(tǒng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議 40
2.4.5 三級系統(tǒng)中在一對對偶基下進(jìn)行的糾纏交換 42
2.4.6 結(jié)束語 44
2.5 利用不可擴(kuò)展乘積基和嚴(yán)格糾纏基的量子密鑰分發(fā)方案 44
2.5.1 3*3Hilbert 空間的UPB和EEB的構(gòu)造 45
2.5.2 協(xié)議描述 48
2.5.3 安全性分析 48
2.5.4 到n*n系統(tǒng)的推廣 50
2.5.5 結(jié)束語 51
2.6 基于W 態(tài)的量子密鑰分發(fā)方案 51
2.6.1 W態(tài)的特點(diǎn) 52
2.6.2 協(xié)議描述 52
2.6.3 安全性分析 54
2.6.4 結(jié)束語 55
2.7 量子密鑰分發(fā)中身份認(rèn)證問題的研究現(xiàn)狀及方向 56
2.7.1 幾種主要的身份認(rèn)證協(xié)議及分析 56
2.7.2 量子身份認(rèn)證協(xié)議的基本要求及發(fā)展方向 59
2.8 一種量子密鑰分發(fā)和身份認(rèn)證方案 61
2.8.1 協(xié)議描述 61
2.8.2 安全性分析及其他性質(zhì) 62
2.8.3 結(jié)束語 63
2.9 一種網(wǎng)絡(luò)多用戶量子認(rèn)證和密鑰分發(fā)理論方案 64
2.9.1 分布式客戶機(jī)/服務(wù)器認(rèn)證結(jié)構(gòu) 64
2.9.2 網(wǎng)絡(luò)多用戶量子認(rèn)證和密鑰分發(fā)理論方案 64
2.9.3 安全性分析 66
2.9.4 結(jié)束語 66
2.10 注記 67
參考文獻(xiàn) 67
第3章 量子秘密共享 74
3.1 HBB 協(xié)議 75
3.2 基于多粒子糾纏態(tài)局域測量的量子秘密共享方案 77
3.2.1 協(xié)議描述 77
3.2.2 安全性分析 79
3.2.3 推廣到多方秘密共享 81
3.2.4 結(jié)束語 82
3.3 基于Bell態(tài)局域測量的量子秘密共享方案 82
3.3.1 協(xié)議描述 83
3.3.2 安全性分析 84
3.3.3 結(jié)束語 85
3.4 基于局域操作的量子秘密共享方案 85
3.4.1 協(xié)議描述 86
3.4.2 安全性分析 87
3.4.3 推廣到多方秘密共享 88
3.4.4 結(jié)束語 88
3.5 基于糾纏交換的環(huán)式量子秘密共享方案 89
3.5.1 協(xié)議描述 89
3.5.2 安全性分析 90
3.5.3 推廣到多方秘密共享 93
3.5.4 結(jié)束語 93
3.6 基于經(jīng)典密鑰的高效量子秘密共享方案 93
3.6.1 基于GHZ態(tài)的量子秘密共享協(xié)議描述 93
3.6.2 安全性分析 95
3.6.3 基于Bell態(tài)的量子秘密共享協(xié)議 97
3.6.4 結(jié)束語 99
3.7 基于Grover算法的門限量子密碼方案 100
3.7.1 基于Grover算法的2量子比特操作 101
3.7.2 基于Grover算法的(t,n)門限量子方案 102
3.7.3 安全性分析 105
3.7.4 特洛伊木馬攻擊可以被檢測 109
3.7.5 結(jié)束語 111
3.8 注記 112
參考文獻(xiàn) 112
第4章 量子加密 116
4.1 兩種基本加密算法 116
4.1.1 基于經(jīng)典密鑰的量子加密算法 117
4.1.2 基于量子密鑰的量子加密算法 118
4.2 d級系統(tǒng)量子加密算法 119
4.2.1 d級系統(tǒng)中的態(tài)和門 120
4.2.2 d 級系統(tǒng)量子加密算法 121
4.2.3 安全性分析 122
4.2.4 糾錯(cuò) 123
4.2.5 結(jié)束語 126
4.3 注記 126
參考文獻(xiàn) 126
第5章 量子安全直接通信 129
5.1 BF 協(xié)議 129
5.2 對BF協(xié)議的改進(jìn)及其安全性分析 130
5.2.1 改進(jìn)的BF協(xié)議 131
5.2.2 安全性分析 132
5.2.3 結(jié)束語 136
5.3 注記 136
參考文獻(xiàn) 137
第6章 量子密碼協(xié)議的分析 140
6.1 對一種量子考試協(xié)議的竊聽與改進(jìn) 141
6.1.1 量子考試方案簡介 141
6.1.2 竊聽策略描述 142
6.1.3 改進(jìn)方案 144
6.1.4 結(jié)束語 144
6.2 對基于d級推廣Bell態(tài)的QKD協(xié)議的攻擊 144
6.2.1 KBB協(xié)議簡述 145
6.2.2 竊聽策略描述 145
6.2.3 結(jié)束語 150
6.3 一次一密亂碼本不能用來提高量子通信的效率 151
6.4 重新審視量子對話和雙向量子安全直接通信的安全性 153
6.4.1 對NBA和MZL協(xié)議的分析 154
6.4.2 對JZ協(xié)議的分析 155
6.4.3 對MXN協(xié)議的分析 156
6.4.4 信息泄漏與重復(fù)使用密鑰的OTP的等價(jià)性 157
6.4.5 結(jié)束語 158
6.5 共享參考系的一致性需要重新考慮 158
6.6 對基于可重用GHZ載體的量子秘密共享協(xié)議的竊聽 162
6.6.1 BK 協(xié)議簡述 162
6.6.2 外部攻擊 163
6.6.3 參與者攻擊 165
6.6.4 結(jié)束語 169
6.7 對環(huán)形BD協(xié)議的一種參與者攻擊 170
6.7.1 環(huán)形BD協(xié)議簡述 170
6.7.2 參與者攻擊 170
6.7.3 改進(jìn)方案 172
6.7.4 結(jié)束語 173
6.8 對BD協(xié)議的一種外部攻擊 173
6.8.1 星形BD協(xié)議簡述 173
6.8.2 外部攻擊 174
6.8.3 改進(jìn)方案 175
6.8.4 結(jié)束語 176
6.9 對一類系列加密的多方量子秘密共享協(xié)議的竊聽與改進(jìn) 176
6.9.1 ZZJ協(xié)議簡述 177
6.9.2 參與者攻擊 177
6.9.3 改進(jìn)方案 179
6.9.4 結(jié)束語 179
6.10 對一種基于糾纏交換的多方量子秘密共享方案的竊聽與改進(jìn) 179
6.10.1 ZM協(xié)議簡述 180
6.10.2 參與者攻擊 181
6.10.3 改進(jìn)方案 181
6.10.4 結(jié)束語 183
6.11 對基于GHZ態(tài)的量子秘密共享協(xié)議的最優(yōu)攻擊 183
6.11.1 HBB 協(xié)議簡述 183
6.11.2 參與者攻擊 184
6.11.3 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)攻擊的具體實(shí)例 187
6.11.4 結(jié)束語 191
6.12 注記 191
參考文獻(xiàn) 192
第7章 量子隱形傳態(tài) 197
7.1 BBCJPW93量子隱形傳態(tài) 197
7.2 經(jīng)由兩級GHZ態(tài)的有限級量子純態(tài)的多方量子隱形傳態(tài) 199
7.2.1 多方到一方的量子隱形傳態(tài) 200
7.2.2—方到多方的量子隱形傳態(tài) 203
7.2.3 多方到多方的量子隱形傳態(tài) 206
7.2.4 結(jié)束語 206
7.3 經(jīng)由部分糾纏對的非對稱三粒子態(tài)概率隱形傳態(tài) 207
7.3.1 非對稱三粒子糾纏態(tài)的概率隱形傳態(tài) 208
7.3.2 結(jié)束語 212
7.4 經(jīng)由部分糾纏對的兩粒子概率隱形傳態(tài) 212
7.4.1 兩粒子糾纏態(tài)的概率隱形傳態(tài) 213
7.4.2 隱形傳態(tài)的量子線路 216
7.4.3 結(jié)束語 219
7.5 經(jīng)由部分糾纏對的多粒子糾纏態(tài)概率隱形傳態(tài) 220
7.5.1 多粒子部分糾纏態(tài)的概率隱形傳態(tài) 220
7.5.2 隱形傳態(tài)的量子線路 222
7.5.3 結(jié)束語 224
7.6 經(jīng)由W態(tài)的兩粒子受控隱形傳態(tài) 224
7.6.1 兩粒子糾纏態(tài)的受控隱形傳態(tài) 224
7.6.2 隱形傳態(tài)的量子線路 226
7.6.3 結(jié)束語 226
7.7 基于客戶/服務(wù)模式的概率隱形傳態(tài) 227
7.7.1 信道對發(fā)送方透明的概率隱形傳態(tài) 228
7.7.2 一般信道的概率隱形傳態(tài)中發(fā)送方必需的信道信息 230
7.7.3 基于客戶/服務(wù)模型的雙邊概率隱形傳態(tài) 232
7.7.4 結(jié)束語 233
7.8 任意m粒子態(tài)的量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò) 234
7.8.1 任意m粒子態(tài)的量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò) 234
7.8.2 結(jié)束語 237
7.9 注記 238
參考文獻(xiàn) 238
第8章 量子糾錯(cuò)碼 243
8.1 量子糾錯(cuò)碼的研究意義及研究背景 243
8.2 一簇量子糾錯(cuò)碼的自同構(gòu)群 249
8.2.1 基本概念 250
8.2.2 一個(gè)關(guān)于商群Aut(Cm)/孖與集合Ff的關(guān)系的刻畫 250
8.2.3 當(dāng)Cm為線性碼時(shí)的自同構(gòu)群Aut(Cm) 255
8.2.4 結(jié)束語 258
8.3 關(guān)于量子二次剩余碼 258
8.3.1 A-線性碼 259
8.3.2 分裂型線型量子二次剩余碼 261
8.3.3 量子二次剩余碼的擴(kuò)展碼 263
8.3.4 結(jié)束語 270
8.4 量子糾錯(cuò)碼的等價(jià)和保距同構(gòu) 270
8.4.1 辛碼間的保距同構(gòu) 271
8.4.2 量子碼間的保距同構(gòu) 273
8.4.3 應(yīng)用 277
8.4.4 結(jié)束語 280
8.5 非二元量子循環(huán)碼的一種圖論方法構(gòu)造 281
8.5.1 基本構(gòu)造方法 281
8.5.2 量子循環(huán)碼的一種構(gòu)造方法 283
8.5.3 結(jié)束語 288
8.6 注記 289
參考文獻(xiàn) 289