Abstract
Deterministic secure quantum communication with double-encoded single photons
Highlights
方可以确定性的读出所接收到的密钥, 可以用于实现确定性安全量子通信(deterministic secure quantum communication, DSQC). 2002 年, Boström 和 Felbinger 使用线性光学元件可区分的两个贝尔 态和双向传输量子信道, 提出了一个准安全的确定性量子通信方案 (记为 ping-pong 协议)[20]. 随后 多个研究组进一步研究并发展了 ping-pong 协议[21, 22]. 起初, 因为 QSDC 和 DSQC 都可以确定性的 实现信息的传输, 人们并没有特别区分这两类方案[23]
State and probability of photons prepared by Eve
考虑到光子的多个自由度[43]以及 time-bin 等自由度的高维度内禀特性[44], 对单光子的多重编码 已经用于大幅提升加载于单个光子上的信息容量[44, 45],增加单光子的利用率并增加信道的安全性.从理 论上来说,通过对单光子的多重编码,有望实现基于单光子多自由度和高维度的 DSQC,即利用一个量子 信道和一个经典信道实现单光子确定性传输多比特信息
Summary
方可以确定性的读出所接收到的密钥, 可以用于实现确定性安全量子通信(deterministic secure quantum communication, DSQC). 2002 年, Boström 和 Felbinger 使用线性光学元件可区分的两个贝尔 态和双向传输量子信道, 提出了一个准安全的确定性量子通信方案 (记为 ping-pong 协议)[20]. 随后 多个研究组进一步研究并发展了 ping-pong 协议[21, 22]. 起初, 因为 QSDC 和 DSQC 都可以确定性的 实现信息的传输, 人们并没有特别区分这两类方案[23]. E-mail: tao.li@njust.edu.cn key distribution, QKD)[2,3,4,5,6]; (2)量子安全直接通信(quantum secure direct communication, QSDC)[7,8,9,10,11,12,13,14]; (3)量 子机密共享(quantum secret sharing, QSS)[15,16,17,18]. 起初, 因为 QSDC 和 DSQC 都可以确定性的 实现信息的传输, 人们并没有特别区分这两类方案[23]. 在当前技术水平下, 相对于 QSDC, DSQC 在完成安全性检测后无需再次使用量子信道,从而避免 了对量子存储的需求[26], 能够直接依托量子密钥分发装置提供更高的通信效率[19,20,21,22,23, 27,28,29,30,31,32], 国内外大量 的学者和公司的科研技术人员都在从事这一方面的研究, 相关的实验与理论也取得了很大的进展. 本文中, 我们提出了一种基于单光子双量子位编码的 DSQC 方案.我们的方案使用单个光子的极 化和 time-bin 两自由度构成的共轭基矢量来编码经典逻辑比特, 最终只需要使用一个单向量子信道和 一个经典信道就可以实现确定性的安全量子通信.在理想状态下, 我们的方案和 Tarek[30]的方案一样可
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