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內容簡介

　　內容簡介信息安全是推動信息化發(fā)展的前提條件，密碼系統(tǒng)是信息安全的基礎。傳統(tǒng)基于復雜計算的經典密碼算法在后摩爾時代的量子計算等超強新技術下被破解變得更加容易，甚至“不堪一擊”。而量子隱形傳態(tài)利用量子不可分割、狀態(tài)不可克隆、探測瞬間坍塌的特性，依據(jù)量子相干疊加和量子糾纏等理論。對量子態(tài)進行測量，計算粒子坍塌態(tài)，并通過幺正變換等操作來重建未知量子態(tài)信息，保證了信息傳輸?shù)慕^對安全，在大尺度量子計算、遠距離量子通信和量子計算網(wǎng)絡中發(fā)揮著至關重要的作用，已成為世界各國學術、軍事和信息技術行業(yè)研究的熱點。本書針對噪聲下量子退相干的不斷增長，光子的多自由度特性在量子物理體系中呈現(xiàn)出的非定域、非經典的強關聯(lián)性，動搖了量子隱形傳態(tài)協(xié)議中的單一自由度獨立性假設，導致現(xiàn)有量子隱形傳態(tài)信道難以在有限資源與糾纏死亡的矛盾下提供令系統(tǒng)滿意服務的痛點問題，從而提出更加接近實際環(huán)境的魯棒量子隱形傳態(tài)協(xié)議，研究了高保真糾纏量子隱形傳態(tài)信道框架構建，并在不同信道中執(zhí)行Bell態(tài)和任意態(tài)的量子信息分離，提出免疫噪聲的多自由度量子隱形傳態(tài)協(xié)議，并實現(xiàn)了噪聲下容錯量子隱形傳態(tài)協(xié)議的應用。本書圍繞噪聲下的量子隱形傳態(tài)關鍵問題及其應用展開了研究，研究成果為量子安全通信領域提供了新的解決思路，豐富了量子通信理論，為進一步推動實用化量子隱形傳態(tài)技術開辟了新的應用領域。

作者簡介

　　李冬芬女，博士（后），副教授，碩士生導師，網(wǎng)絡空間安全學科負責人，成都理工大學中青年骨干教師，中國密碼學會會員，CCF會員，美國西北大學（Northwestern University）訪問學者，全國首屆網(wǎng)絡安全獎獲得者，ACM Chengdu Chapter優(yōu)秀博士論文獲得者。ACMChengdu Chapter新星獎獲得者。主要從事信息安全、移動互聯(lián)安全、量子密碼通信等方面的研究。發(fā)表SCI學術論文30余篇，申請發(fā)明專利10余項，出版“十三五”國家重點圖書兩部，主持國家自然科學基金面上項目和青年項目、中國博士后基金項目、四川省重點研發(fā)計劃項目、四川省科技計劃項目、廣東省信息安全重點實驗室開放項目等。指導學生獲得了30余項重量和省部級競賽的獎項，包括“全國大學生信息安全競賽”全國一等獎和地區(qū)特等獎等。

圖書目錄

目錄
第1章概述1
1．1研究背景與意義(2)
1．2相關研究動態(tài)分析4
1．2．1量子糾纏演化與免疫噪聲模型相關研究(4)
1．2．2量子信道容量與編碼相關研究(5)
1．2．3量子信息分離相關研究(6)
1．2．4量子隱形傳態(tài)協(xié)議相關研究(7)
1．3挑戰(zhàn)性科學問題(8)
1．3．1量子信道中量子態(tài)退相干及“糾纏死亡”問題的刻畫(8)
1．3．2考慮噪聲信道下多自由度需求強度的信道容量理論(9)
1．3．3解決不同信道中基于Bell態(tài)和任意態(tài)的量子信息分離(9)
1．3．4解決量子隱形傳態(tài)中基于多自由度的傳輸機制(9)
1．4研究內容與創(chuàng)新點(10)
1．4．1研究思路(10)
1．4．2研究內容(11)
1．4．3創(chuàng)新點(13)
1．5本書的組織結構(14)
第2章理論基礎(15)
2．1數(shù)學基礎(15)
2．1．1線性代數(shù)和矢量空間(15)
2．1．2矢量相關運算(16)
2．1．3算子及相關概念18
2．2常用邏輯門20
2．2．1單比特量子門21
2．2．2多比特量子門22
2．3量子力學基本原理(24
2．3．1不確定性原理24
2．3．2態(tài)疊加原理24
2．3．3量于不可克隆定理25
2．4密度矩陣25
2．5量子糾纏與糾纏交換26
2．5．1量子糾纏27
2．5．2混合態(tài)糾纏定義27
2．5．3多體量子態(tài)糾纏定義28
2．5．4糾纏交換28
2．6開放系統(tǒng)的量子噪聲特性29
2．6．1開放系統(tǒng)29
2．6．2測量方法30
2．6．3量子保真度(31
2．7本章小結(32
第3章高保真糾纏量子隱形傳態(tài)信道框架構建33
3．1量子糾纏演化模型建立34
3．1．1“糾纏死亡”問題刻畫(34
3．1．2量子退相干刻畫(43
3．1．3局域共同模式下的量子糾纏演化(50
3．2構建免疫噪聲模型(62
3．2．1基于密度矩陣的免疫噪聲模型(62
3．2．2基于DFS的聯(lián)合噪聲免疫模型72
3，3信道容量編碼79
3，3．1量子級聯(lián)碼數(shù)學描述79
3．3．2圖態(tài)基信道容量編碼81
3．4本章小結85
第4章不同信道下Bell態(tài)和任意態(tài)的量子信息分離(87
4．1基于Bell態(tài)87
4．1．1分離過程88
4．1．2安全性分析90
4．2利用五粒子糾纏態(tài)分離任意單粒子態(tài)和兩粒子態(tài)92
4．2．1分離任意單粒子態(tài)92
4．2．2分離任意兩粒子態(tài)93
4．2．3安全性分析95
4．3利用四粒子團簇態(tài)和兩粒子Bell態(tài)分離任意兩粒子態(tài)96
4．3．1分離過程描述96
4．3．2安全性分折98
4．3，3物理實現(xiàn)99
4．4利用四粒子團簇態(tài)和GHZ態(tài)分離任意三粒子態(tài)105
4．4．1分離過程描述105
4．4．2安全性分析112
4．4．3物理實現(xiàn)113
4．5本章小結115
第5章免疫噪聲的可控多自由度量子隱形傳態(tài)協(xié)議(116
5．1高亮度糾纏源制備(117
5．2超糾纏Bell態(tài)測量及超密編碼(119
5．2．1超Bell態(tài)測量方法120
5．2．2 Bell態(tài)超密編碼123
5．3可控的量子隱形傳態(tài)身份認證模型(128
5．3．1構建可控的身份認證模型(129
5，3．2身份認證過程(130
5．3．3安全性分析(131
5，4魯棒量子隱形傳態(tài)協(xié)議過程131
5．4．1獨立不同噪聲中的量子隱形傳態(tài)(131
5．4．2局域共同模式下的量子隱形傳態(tài)(133
5．5免疫噪聲的多自由度量子隱形態(tài)協(xié)議效率分析(139
5．5．1保真度(140)
5．5．2平均保真度(141)
5．6本章小結(146)
第6章噪聲信道下容錯的量子隱形傳態(tài)應用(147)
6．1免疫噪聲的量子對話(148)
6．1．1帶身份認證的量子對話(148)
6．1．2基于單光子的量子對話(155)
6，1．3基于糾纏態(tài)測量的量子對話(158)
6．2連續(xù)變量的量子密鑰分發(fā)(160)
6．2．1密鑰分發(fā)過程(161)
6．2．2安全性分析(162
6．3本章小結(165)
第7章總結與展望(166)
7．1本書研究工作總結(166)
7，1．1構建了高保真糾纏量子隱形傳態(tài)信道框架(166)
7．1．2提出了不同信道中Bell態(tài)和任意態(tài)的量子信息分離方案(167)
7．1．3提出了免疫噪聲的量子隱形傳態(tài)協(xié)議(168)
7，1，4噪聲下容錯的量子隱形傳態(tài)應用(168)
7．2下一步研究思路(169)
參考文獻(170)