1.本發明涉及量子信息與光通訊技術領域，具體涉及一種檢測設備無關量子直接通訊方式。
背景技術：
2.量子通訊使用數學原理來保證通訊信息的無條件安全性，目前有好多國際流行的量子通訊合同，包括量子秘鑰分發,key(qkd)和量子安全直接通訊,(qsdc)等。qkd使用量子態傳輸秘鑰，qsdc則直接在量子信道中傳輸絕密信息。
3.在檢測設備無關量子安全直接通訊中，主要包含兩步監聽測量：第一步檢查叫安全性檢查，用于測量通訊中是否存在監聽者；第二步檢查叫完整性檢查，用于測量經過精典密碼加密后的信息是否被人盜取，即信息是否完整。信息編碼存在于在第一步檢查和第二步檢查之間。量子儲存主要存在于第二步檢查中，第一步檢查及其余步驟對量子儲存沒有依賴性。量子安全直接通訊的安全性依賴于數據的塊傳輸，而塊傳輸技術則須要量子儲存，但目前量子儲存技術仍然不成熟，無法實用化。因而須要對現有的設備無關量子直接通訊技術進行進一步地改進因而增加檢測設備無關量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴。
技術實現要素：
4.為了解決上述技術問題，提出了將無量子儲存的量子安全直接通訊合同，并將動態聯合差錯控制編碼應用到檢測設備無關合同之中，因而清除了檢測設備無關量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴，增強了系統的實用性。
5.為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：一種檢測設備無關量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；
6.該方式包括隱型傳態，其中隱型傳態步驟如下：
7.步驟1.所述alice隨機制備一個的雙光子態的糾纏態量子比特，雙光子態的糾纏態用于信息傳輸；
8.所述bob隨機制備一個處于{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的四種量子態之一的單光子態的量子比特；
9.步驟2.alice發送糾纏態中的一個光量子比特給，并保留剩下的一個光量子比特，bob將隨機制備的單光子態的量子比特發送給；
10.步驟3.所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；
11.步驟4.所述alice執行幺正操作，完成量子隱型傳態，alice保留的量子比特的量子態與bob所發送的量子比特的量子態相同。
12.一種檢測設備無關量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端
，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；
13.該方式安全性檢查和完整性檢查，其中安全性檢查步驟如下：
14.步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態量子比特；所述bob隨機制備處于以下四種量子態之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態量子比特；所述單光子態量子比特用于監聽檢查；
15.步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發送給；
16.步驟c.所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；
17.步驟d.所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態，之后執行檢測設備無關量子秘鑰分發合同里一樣的監聽偵測，若誤幀率大于最大閥值之下，則判斷不存在監聽行為，否則判斷本次通訊存在監聽。
18.優選地，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
11％，優選地誤分辨率最大閥值為7％。優選地，還包括以下步驟：
19.步驟a.alice將須要傳輸的信息m與隨機生成的秘鑰k進行異或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后對密文m’執行jeec編碼，最后將編碼后的密文調制到量子比特上；
20.步驟b.alice發送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數給；
21.步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結果；
22.若所述alice發送的是隨機數，則alice將公布檢測結果和alice制備的隨機數進行比對：若誤分辨率大于最大閥值，則判斷本次傳輸的密文是完整的，否則判斷存在監聽者盜用了密文。
23.優選地，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
5％，優選地誤分辨率最大閥值為5％。
24.優選地，還包括以下步驟：
25.步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸的信息m；
26.若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數；最后，alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。
27.一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，所述指令適用于由處理器加載并執行如上述的檢測設備無關量子直接通訊方式的步驟操作。
28.一種智能終端，包括用于執行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，所述指令適用于由所述處理器加載并執行如上述的檢測設備無關量子直接通訊方式所述的步驟操作。
29.本發明有益的技術療效：本發明在信息編碼過程中直接采取動態聯合差錯控制編碼的編碼方法，將所傳的信息用精典密碼加密后，再加載在量子態上，即量子傳輸的是加密后的密文。本發明保證每輪所傳輸的數據，既包含本輪所傳輸信息，也包含加密下一輪所傳輸信息的秘鑰，而秘鑰的多少可以依照本輪通訊的安全容量來估算，清除了檢測設備無關量子安全直接通訊合同對量子儲存的依賴。
附圖說明
30.圖1為本發明的檢測設備無關量子直接通訊方式應用的整體結構框架圖；
31.圖2為本發明中檢測端的結構示意圖；
32.圖3是隱型傳態過程步驟流程圖；
33.圖4為本發明中安全性檢查過程步驟流程圖；
34.圖5為本發明中完整性檢查及信息通訊過程步驟流程圖。
具體施行方法
35.為了使本發明的目的、技術方案及優點愈發清楚明白，以下結合施行例對本發明進行進一步詳盡說明，但本發明要求保護的范圍并不局限于下列具體施行例。
36.如圖1
?
5所示，一種檢測設備無關量子直接通訊方式，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；用戶端alice和用戶端bob既可以作為發送方又可以作為接收方，且用戶端alice和用戶端bob之間可以形成隨機的量子秘鑰k，且在通訊過程中共享量子秘鑰k。
37.該方式包括安全性檢查和完整性檢查步驟，其中安全性檢查步驟如下：
38.步驟1：所述alice隨機制備一個的雙光子態的糾纏態量子比特，雙光子態的糾纏態用于信息傳輸；
39.所述bob隨機制備一個處于{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的四種量子態之一的單光子態的量子比特；
40.其中|0>代表水平態，|1>代表垂直態，|+>和|
?
>是她們的疊加態，具體如下：
[0041][0042]
步驟2.alice發送糾纏態中的一個光量子比特給，并保留剩下的一個光量子比特，bob將隨機制備的單光子態的量子比特發送給；
[0043]
alice制備的糾纏態是兩個光子的糾纏態，alice發送其中一個光子的量子比特給，保留另一個光子的量子比特。alice保留其中一個光子的量子比特是為了完成后續的量子隱型傳態操作，量子隱型傳態須要將bob手中的量子態傳給alice，alice后續須要依照的檢測結果保留的光子量子比特采取幺正操作。
[0044]
步驟3：所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；
[0045]
貝爾態檢測通過貝爾態檢測裝置進行檢測，貝爾態檢測裝置包括一個分束器、一個分束器上聯接有兩個偏振光分束器，兩個偏振光分束器分別又聯接練個單光子偵測器，單光子量子比特步入分束器后分別兩路分別到兩個偏振光分束器，最后被四個單光子偵測器偵測。
[0046]
貝爾態檢測檢測的結果有兩種|ψ
?
>、|ψ
>，對應兩個單光子可能的量子態如下表所示：
[0047]
表1
[0048]
檢測結果+++
??
??
|ψ
?
>
×
√√
××
√√
×
|ψ
>
×
√√
×
√
××
√
[0049]
表1中√表示第一行的量子態可能會出現的檢測結果，
×
表示第一行的量子態不可能出現測試結果。
[0050]
步驟4：所述alice執行幺正操作，完成量子隱型傳態。
[0051]
幺正操作是量子熱學上面的一種可逆操作，按照檢測設備無關量子安全直接通訊合同，其具體操作方式和作用如下：
[0052]
表2中第一行的量子態代表貝爾態檢測結果，每位貝爾態旁邊的u
，代表alice依照貝爾態檢測結果，須要采取的幺正操作，第一列表示bob制備的量子態。
[0053]
整個量子隱型傳態的目的是把bob制備的量子態傳到alice手里。alice依照貝爾態檢測結果，采取幺正操作，可以使手中保留的單光子弄成和bob相同的量子態。
[0054]
表2
[0055][0056]
表2中各個參數表示的涵義如下：
[0057]
σ
x,y,z
是泡利矩陣量子傳輸 設備，σ
可使單比特翻轉，即|0>變到|1>，|1>變到|0>；iσ
可使|0>變到
?
|1>，|1>變到|0>；σ
可使|0>變到|0>，|1>變到
?
|1>。i是單位矩陣，該操作不改變比特狀態。
[0058]
比如，表2中前三列、前二行，下標代表附圖2中的標出的a,b,c光子，當檢測結果是|φ
+23
>時，代表bob的態是|0>3或|1>3，而與之對應的alice的1光子的態是
?
|1>1或|0>1，alice須要執行iσ
操作使手中的光子變為和bob相同的狀態。
[0059]
優選地，還包括以下步驟：
[0060]
步驟a.alice將須要傳輸的信息m與秘鑰k進行異或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后對密文m’執行jeec編碼，來確保密文傳輸的安全性和有效性，并提高安全容量。之后alice調制精典密文到量子比特上，即用i操作來編碼0，用iσ
來編碼1。alice也隨機的選擇發送一些隨機數用于以后的完整性檢查。
[0061]
這兒的秘鑰k在第一次通訊的時侯是alice或則bob隨機生成的量子秘鑰，且在alice或則bob在通訊過程中互相共享，第一次通訊完成之后，秘鑰k采用步驟d中alice和bob分別提取秘鑰，該秘鑰插入到秘鑰池。
[0062]
步驟b.alice發送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數給；
[0063]
步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結果；
[0064]
公布檢測結果：若所述alice發送的是隨機數，則alice將公布檢測結果和alice制備的隨機數進行比對：若誤幀率大于最大閥值，則斷定本次傳輸的密文是
完整的，否則判斷存在監聽者盜用了密文。所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
5％，本施行例中誤分辨率選用5％，誤分辨率的最優值是0％，即沒有誤分辨率，最大是5％，即誤分辨率最大高于5％，判斷不存在監聽行為。
[0065]
步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸的信息m；
[0066]
若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數；最后，alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。
[0067]
估算秘鑰數是為了估算下一輪通訊可以傳遞多少比特的信息，由于下一輪通訊須要這一輪提取的秘鑰加密。
[0068]
一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，所述指令適用于由處理器加載并執行如上述的檢測設備無關量子直接通訊方式的步驟操作。
[0069]
一種智能終端，包括用于執行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，所述指令適用于由所述處理器加載并執行如上述的檢測設備無關量子直接通訊方式所述的步驟操作。
[0070]
施行例2
[0071]
施行例2與施行例1的不同之處在于安全性檢查步驟如下的不同，本施行的安全性檢查步驟如下：
[0072]
步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態；所述bob隨機制備處于以下四種量子態之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態量子比特；所述單光子態量子比特用于監聽檢查；
[0073]
步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發送給；
[0074]
步驟c.所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；
[0075]
步驟d：所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態，之后執行檢測設備無關量子秘鑰分發合同一樣的監聽偵測。監聽檢查就是指，量子直接通訊可以測量出本次通訊中是否存在監聽者。方式是通過公布通訊雙方一部份秘鑰，核實通訊雙方接收秘鑰的誤分辨率，假如誤分辨率很高，則覺得存在監聽，否在覺得不存在竊聽。
[0076]
本發明在信息編碼過程中直接采取動態聯合差錯控制編碼的編碼方法，將所傳的信息用精典密碼加密后，再加載在量子態上，即用量子傳輸的實際是加密后的密文。使用動態聯合差錯控制編碼可以保證，每輪所傳輸的數據，既包含本輪所傳信息，也包含加密下一輪所傳信息的秘鑰，而秘鑰濃度的多少可以按照本輪通訊的安全容量來估算。采用此種編碼方法可以消除量子儲存。
[0077]
按照上述說明書的闡明和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述施行方法進行變更和更改。為此，本發明并不局限于前面闡明和描述的具體施行方法，對發明的一些更改和變更也應該落入本發明的權力要求的保護范圍內。據悉，雖然本說明書中使用了一些特定的術語，但這種術語只是為了便捷說明，并不對發明構成任何限制。
技術特點：
1.一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；該方式包括隱型傳態量子傳輸 設備，隱型傳態步驟如下：步驟1.所述alice制備一個的雙光子態的糾纏態量子比特，雙光子態的糾纏態用于信息傳輸；所述bob隨機制備一個處于{|0〉,|1〉,|+〉,|
?
〉}的四種量子態之一的單光子態的量子比特；步驟2.alice發送糾纏態中的一個量子比特給，并保留剩下的一個量子比特，bob將隨機制備的單光子態的量子比特發送給；步驟3.所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；步驟4.所述alice執行幺正操作，完成量子隱型傳態，alice保留的量子比特的量子態與bob所發送的量子比特的量子態相同。2.一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，包括用戶端alice、用戶端bob和檢測端，所述用戶端alice和用戶端bob用于形成、發送和接收量子比特，所述檢測端用于檢測量子比特；該方式安全性檢查和完整性檢查，其中安全性檢查步驟如下：步驟a.所述alice制備隨機的處于以下四種量子態之一{|0〉,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態量子比特；所述bob隨機制備處于以下四種量子態之一{|0>,|1>,|+>,|
?
>}的單光子態量子比特；所述單光子態量子比特用于監聽檢查；步驟b.alice和bob同時將各自的量子比特發送給；步驟c.所述收到alice和bob發送來的量子比特后，執行貝爾態檢測，之后通過精典信道公布檢測結果；步驟d：所述alice通過精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制備的量子態，之后執行檢測設備無關量子秘鑰分發合同里一樣的監聽偵測，若誤幀率大于最大閥值之下，則判斷不存在監聽行為，否則判斷本次通訊存在監聽。3.如權力要求1或2所述的一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，所述完整性檢查包括以下步驟：步驟a.alice將須要傳輸的信息m與隨機生成的秘鑰k進行異或操作得到密文m’，之后對密文m’執行jeec編碼，得到秘鑰c，之后將秘鑰c調制到權力要求1中alice執行幺正操作的量子比特上；步驟b.alice發送包含密文的量子比特及隨機選擇的隨機數給；步驟c.所述檢測包含密文的量子比特并通過精典信道公布檢測結果；若所述alice發送的是隨機數，則alice將公布檢測結果和alice制備的隨機數進行比對，若誤分辨率大于最大閥值之下，則判斷本次傳輸的密文是完整的，否則判斷存在監聽者盜用了密文。4.如權力要求3所述的一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，還包括以下
步驟：步驟d.所述bob解碼公布的密文，并借助隨機生成的秘鑰k密文，得到傳輸的信息m；若本幀沒被傳輸完畢，則返回步驟1或a；否則alice和bob采用步驟c中的誤分辨率來恐怕本輪通訊的安全容量，并估算可以提取的秘鑰數；提取秘鑰數之后alice和bob分別提取秘鑰并插入到秘鑰池中，用于加密和解碼下一輪的密文。5.如權力要求2所述的一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，所述誤分辨率最大閥值范圍是0
?
11％。6.如權力要求3所述的一種檢測設備無關量子直接通訊方式，其特點在于，所述誤分辨率最大閥值為0
?
5％。7.一種儲存裝置，該儲存裝置中儲存有多條指令，其特點在于，所述指令適用于由處理器加載并執行如權力要求1
?
6任一所述的步驟操作。8.一種智能終端，包括用于執行各指令的處理器和用于儲存多條指令的儲存裝置，其特點在于，所述指令適用于由所述處理器加載并執行如權力要求1
?
6任一所述的步驟操作。
技術總結
本發明公開了一種檢測設備無關量子直接通訊方式，該方式通過Alice隨機制備一個的雙光子態的糾纏態量子比特，通過Bob隨機制備一個處于{|0＞，|1＞，|+＞，|
技術研制人員：李相潔龍桂魯胡敏郭邦紅
受保護的技術使用者：山東國騰量子科技有限公司
技術研制日：2021.06.30
技術公布日：2021/11/4