量子隐形传态关键技术及应用 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

内容简介信息安全是推动信息化发展的前提条件，密码系统是信息安全的基础。传统基于复杂计算的经典密码算法在后摩尔时代的量子计算等超强新技术下被破解变得 加容易，甚至“不堪一击”。而量子隐形传态利用量子不可分割、状态不可克隆、探测瞬间坍塌的特性，依据量子相干叠加和量子纠缠等理论。对量子态进行测量，计算粒子坍塌态，并通过幺正变换等操作来重建未知量子态信息，保证了信息传输的 安全，在大尺度量子计算、远距离量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用，已成为世界各国学术、军事和信息技术行业研究的热点。

本书针对噪声下量子退相干的不断增长，光子的多自由度特性在量子物理体系中呈现出的非定域、非经典的强关联性，动摇了量子隐形传态协议中的单一自由度独立性假设，导致现有量子隐形传态信道难以在有限资源与纠缠死亡的矛盾下提供令系统满意服务的痛点问题，从而提出 加接近实际环境的鲁棒量子隐形传态协议，研究了高保真纠缠量子隐形传态信道框架构建，并在不同信道中执行Bell态和任意态的量子信息分离，提出免疫噪声的多自由度量子隐形传态协议，并实现了噪声下容错量子隐形传态协议的应用。

本书围绕噪声下的量子隐形传态关键问题及其应用展开了研究，研究成果为量子安全通信领域提供了新的解决思路，丰富了量子通信理论，为进一步推动实用化量子隐形传态技术开辟了新的应用领域。

目录

第1章概述1

1.1研究背景与意义(2)

1.2相关研究动态分析4

1.2.1量子纠缠演化与免疫噪声模型相关研究(4)

1.2.2量子信道容量与编码相关研究(5)

1.2.3量子信息分离相关研究(6)

1.2.4量子隐形传态协议相关研究(7)

1.3挑战性科学问题(8)

1.3.1量子信道中量子态退相干及“纠缠死亡”问题的刻画(8)

1.3.2考虑噪声信道下多自由度需求强度的信道容量理论(9)

1.3.3解决不同信道中基于Bell态和任意态的量子信息分离(9)

1.3.4解决量子隐形传态中基于多自由度的传输机制(9)

1.4研究内容与创新点(10)

1.4.1研究思路(10)

1.4.2研究内容(11)

1.4.3创新点(13)

1.5本书的组织结构(14)

第2章理论基础(15)

2.1数学基础(15)

2.1.1线性代数和矢量空间(15)

2.1.2矢量相关运算(16)

2.1.3算子及相关概念18

2.2常用逻辑门20

2.2.1单比特量子门21

2.2.2多比特量子门22

2.3量子力学基本原理(24

2.3.1不确定性原理24

2.3.2态叠加原理24

2.3.3量于不可克隆定理25

2.4密度矩阵25

2.5量子纠缠与纠缠交换26

2.5.1量子纠缠27

2.5.2混合态纠缠定义27

2.5.3多体量子态纠缠定义28

2.5.4纠缠交换28

2.6开放系统的量子噪声特性29

2.6.1开放系统29

2.6.2测量方法30

2.6.3量子保真度(31

2.7本章小结(32

第3章高保真纠缠量子隐形传态信道框架构建33

3.1量子纠缠演化模型建立34

3.1.1“纠缠死亡”问题刻画(34

3.1.2量子退相干刻画(43

3.1.3局域共同模式下的量子纠缠演化(50

3.2构建免疫噪声模型(62

3.2.1基于密度矩阵的免疫噪声模型(62

3.2.2基于DFS的联合噪声免疫模型72

3,3信道容量编码79

3,3.1量子级联码数学描述79

3.3.2图态基信道容量编码81

3.4本章小结85

第4章不同信道下Bell态和任意态的量子信息分离(87

4.1基于Bell态87

4.1.1分离过程88

4.1.2安全性分析90

4.2利用五粒子纠缠态分离任意单粒子态和两粒子态92

4.2.1分离任意单粒子态92

4.2.2分离任意两粒子态93

4.2.3安全性分析95

4.3利用四粒子团簇态和两粒子Bell态分离任意两粒子态96

4.3.1分离过程描述96

4.3.2安全性分折98

4.3,3物理实现99

4.4利用四粒子团簇态和GHZ态分离任意三粒子态105

4.4.1分离过程描述105

4.4.2安全性分析112

4.4.3物理实现113

4.5本章小结115

第5章免疫噪声的可控多自由度量子隐形传态协议(116

5.1高亮度纠缠源制备(117

5.2超纠缠Bell态测量及超密编码(119

5.2.1超Bell态测量方法120

5.2.2 Bell态超密编码123

5.3可控的量子隐形传态身份认证模型(128

5.3.1构建可控的身份认证模型(129

5,3.2身份认证过程(130

5.3.3安全性分析(131

5,4鲁棒量子隐形传态协议过程131

5.4.1独立不同噪声中的量子隐形传态(131

5.4.2局域共同模式下的量子隐形传态(133

5.5免疫噪声的多自由度量子隐形态协议效率分析(139

5.5.1保真度(140)

5.5.2平均保真度(141)

5.6本章小结(146)

第6章噪声信道下容错的量子隐形传态应用(147)

6.1免疫噪声的量子对话(148)

6.1.1带身份认证的量子对话(148)

6.1.2基于单光子的量子对话(155)

6,1.3基于纠缠态测量的量子对话(158)

6.2连续变量的量子密钥分发(160)

6.2.1密钥分发过程(161)

6.2.2安全性分析(162

6.3本章小结(165)

第7章总结与展望(166)

7.1本书研究工作总结(166)

7,1.1构建了高保真纠缠量子隐形传态信道框架(166)

7.1.2提出了不同信道中Bell态和任意态的量子信息分离方案(167)

7.1.3提出了免疫噪声的量子隐形传态协议(168)

7,1,4噪声下容错的量子隐形传态应用(168)

7.2下一步研究思路(169)

参考文献(170)

李冬芬 女，博士（后），副教授，硕士生导师，网络空间安全学科负责人，成都理工大学中青年骨 ，中国密码学会会员，CCF会员，美国西北大学(Northwestern University)访问学者，全国首届网络安全奖获得者，ACM Chengdu Chapter 博士论文获得者。ACMChengdu Chapter新星奖获得者。主要从事信息安全、移动互联安全、量子密码通信等方面的研究。发表SCI学术论文30余篇，申请发明专利10余项，出版“十三五” 重点图书两部，主持 自然科学基金面上项目和青年项目、中国博士后基金项目、四川省重点研发计划项目、四川省科技计划项目、广东省信息安全重点实验室开放项目等。指导学生获得了30余项 和省部级竞赛的奖项，包括“全国大学生信息安全竞赛”全国一等奖和地区特等奖等。

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书籍介绍

内容简介信息安全是推动信息化发展的前提条件，密码系统是信息安全的基础。传统基于复杂计算的经典密码算法在后摩尔时代的量子计算等超强新技术下被破解变得更加容易，甚至“不堪一击”。而量子隐形传态利用量子不可分割、状态不可克隆、探测瞬间坍塌的特性，依据量子相干叠加和量子纠缠等理论。对量子态进行测量，计算粒子坍塌态，并通过幺正变换等操作来重建未知量子态信息，保证了信息传输的绝对安全，在大尺度量子计算、远距离量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用，已成为世界各国学术、军事和信息技术行业研究的热点。本书针对噪声下量子退相干的不断增长，光子的多自由度特性在量子物理体系中呈现出的非定域、非经典的强关联性，动摇了量子隐形传态协议中的单一自由度独立性假设，导致现有量子隐形传态信道难以在有限资源与纠缠死亡的矛盾下提供令系统满意服务的痛点问题，从而提出更加接近实际环境的鲁棒量子隐形传态协议，研究了高保真纠缠量子隐形传态信道框架构建，并在不同信道中执行Bell态和任意态的量子信息分离，提出免疫噪声的多自由度量子隐形传态协议，并实现了噪声下容错量子隐形传态协议的应用。本书围绕噪声下的量子隐形传态关键问题及其应用展开了研究，研究成果为量子安全通信领域提供了新的解决思路，丰富了量子通信理论，为进一步推动实用化量子隐形传态技术开辟了新的应用领域。