量子通信和概率克隆在量子计算中的应用

摘要

1.概率克隆和量子计算方面　　本文讨论了量子克隆在量子计算中的用途，提供了一些量子计算任务的例子，完成这些量子计算任务使用量子克隆比任何不用量子克隆的方法具有不可比的优越性。在这些量子计算中，本文需要分配包含在量子态中的量子信息，本文这些态本文有它们的部分信息。　　2.量子安全直接通信方面　　本文提出了两个受控的量子安全直接通信方案。这些通信基于分享的三粒子纠缠态和受控的量子隐形传态。其中，由发信方Alice，遥远的接收方Bob和控制方Charlie分享的纠缠粒子用作忠实传递的量子信息通道.在保证量子通道安全的情况下，Alice直接将秘密信息编码到粒子态序列上，使用受控的量子态隐形传输的方法，在第三方Charlie的监督和控制下将秘密信息发送给接收方Bob。　　本文提出了用转换量子纠缠方法实现的两个确定性的量子安全直接通信方案。按一定顺序排列的两粒子最大纠缠态(EPR对)的集合和三粒子最大纠缠态(GHZ态)的集合分别用作这两个方案中直接传送秘密信息的量子信息通道。　　3.量子隐形传态方面　　本文提出了概率的和控制的量子隐形传输一个粒子和两粒子未知量子态的简化方案，并构造了贯彻这两个新方案的高效量子逻辑网，这些量子逻辑网是由单量子比特逻辑门，两量子比特受控非门，冯诺伊曼测量和经典控制操作组成的通用基本操作构成。本文提出了传输N粒子一般形式的未知量子态的概率量子隐形传态方案。　　4.量子密钥分享方面　　本文提出了一个使用单光子序列在多方(一组的m个成员)与多方(二组的n个成员)之间实现量子密钥共享的方案。这些单光子在量子密钥共享过程中被直接用于编码经典信息。在这个量子密钥共享协议中，一组的所有成员通过幺正操作将他们各自的密钥直接编码在单光子态上，然后最后一人(一组的第m个成员)把最后所得到的量子位平均分成n份，并将这n份分别发送给二组的n个成员。这样，由一组的m个成员共享的秘密信息也被二组的n个成员共享。他们是以这样的方式共享密钥：每个组的任何部分成员都不能读出密钥，但每个组的全体成员一起可以得到密钥。也即，只有一个组的全体成员合作，才能揭露密钥，这就是揭露密钥的唯一方法。我们也证明这个密钥共享方案是无条件安全的。此协议在现行的技术条件下是可行的。

目录

文摘

英文文摘

Acknowledgementsix

Ⅰ.THEPOSTULATESOFQUANTUMMECHANICS

Ⅱ. QUANTUM CLONING

A.Quantumno-cloningtheorem

B.Quantumprobabilisticcloning

C.Quantumcloningandquantumcomputation

1.Scorewithoutcloning

2.Scoreusingcloning

3.Summary

Ⅲ. QUANTUM CRYPTOGRAPHY

A.BB84protocol

B.B92protocol

Ⅳ.QUANTUM SECURE DIRECT COMMUNICATION

A.Introduction

B. Quantum secure direct communication scheme of Beige et al.[5]

Ⅴ. QUANTUM TELEPORTATION

A. Quantum teleportation protocol invented by Bennett et al.[8]

B.Thecontrolledquantumteleportationscheme

Ⅵ. QUANTUM SECRET SHARING

A.Achievableefficienciesforprobabilisticcloningthestates

1.Introduction

2.Anexamplewithprobabilisticcloning

3. Exact achievable efficiencies for probabilistically cloning the states of Ref[46]

B.Quantumlogicnetworkforprobabilisticcloningthequantumstates

1.Introduction

2.Notation

3.Quantumlogicnetworkforprobabilisticcloningthequantumstates

C.Probabilisticallycloningandquantumcomputation

Ⅷ.CONTROLLED QUANTUM SECURE DIRECT COMMUNICATION

A.ControlledandsecuredirectcommunicationusingGHZstateandteleportation

B.QuantumsecureconditionaldirectcommunicationviaEPRpairs

1.Introduction

2.QuantumsecureconditionaldirectcommunicationviaEPRpairs

3.Securityintheproposedprotocols

C.Controlledquantumteleportationandsecuredirectcommunication

1.Introduction

2.Controlledquantumteleportation

3.Controlledandsecuredirectcommunication

4.Summary

Ⅸ.QUANTUM SECURE DIRECT COMMUNICATION BASED ON SWAPPING QUANTUM ENTANGLEMENT

A.QuantumsecuredirectcommunicationbyEinstein-Podolsky-Rosenpairsandentanglementswapping

1.Introduction

2.Quantumsecuredirectcommunicationprotocolbyswappingquantumentanglement

3.Security

B.DeterministicsecuredirectcommunicationusingGHZstatesandswappingquantumentanglement

1.Introduction

2.Asimultaneousmutualquantumsecuredirectcommunicationprotocolbetweenthecentralpartyandothertwoparties

3.ThegeneralizedsimultaneousmutualquantumsecuredirectcommunicationprotocolbetweenthecentralpartyandotherMparties

4.Security

5.Summary

Ⅹ.QUANTUM TELEPORTATION

A.Quantumlogicnetworkforprobabilisticteleportationoftwo-particlestateofgeneralform

B.Quantumlogicnetworksforprobabilisticandcontrolledteleportationofunknownquantumstates

1.Introduction

2.Probabilisticandcontrolledteleportationofanunknownquantumstateofoneparticle

3.Probabilisticandcontrolledteleportationoftwo-particlestateinageneralform

C.Quantumlogicnetworksforprobabilisticteleportationofmanyparticlestateofgeneralform

1.Introduction

2.Notation

3.TeleportationofageneralN-particlestate

4.Teleportationofageneraltwo-particle,three-particleandfour-particlestate

Ⅺ.QUANTUM SECRET SHARING BETWEEN MULTI-PARTY AND MULTI-PARTY WITHOUT ENTANGLEMENT

A.Introduction

B.Quantumkeysharingbetweenmulti-partyandmulti-party

C.Security

References

博士期间发表和完成的论文