利用纠缠交换中结果态和初始态之间存在的关系, 提出一个基于 Bell 态的高效量子安全多方求和协议。该协议中, 一个半可信第三方负责制备 Bell 态作为信号载体, 并将这些载体粒子分发给参与者。随后, 参与者根据其私密数据选择相应的局域幺正算子, 对载体粒子进行编码操作。最后, 参与者对其手中的粒子进行 Bell 基测量, 半可信第三方就可以利用粒子初态和测量结果计算出求和结果。对协议中常见的外部和内部攻击的安全性分析表明所提协议在理论上是安全的。

基于纠缠交换，提出了一种利用V-型三能级纠缠原子系统与纠缠双模腔场部分相互作用产生最大纠缠态的方案。在该方案中，只需测量单个原子态而无需联合测量，就能实现初始没有任何相互作用的原子与腔场间的纠缠。在原子与腔相互作用过程中，腔只被虚拟激发且腔和原子之间无能量交换，因此大大放宽了系统对腔品质的要求。结果表明，当原子与腔场之间的相互作用时间为1.4675×10-5 s时，可以得到保真度为92.8%的最大纠缠态。此外，还对该方案的可行性进行了讨论。

不同用户之间的信息操控关联性在安全量子通信中具有重要的意义。EPR导引是安全量子网络中必要的资源,即一方可以利用共享的纠缠来导引相距遥远的另一方。提出一种基于纠缠交换的量子开关方案,在两个空间分离的EPR纠缠交换过程中,设置一个可调谐分束器作为控制开关,观察了EPR导引方向与可调谐分束器反射率的依赖关系,并研究了不同用户之间导引方向的操控。该方案对安全量子通讯具有参考价值。

针对由一对处于纠缠态的V-型三能级原子与一对处于纠缠态的双模腔场组成的系统, 使其中一个原子在合适的时间内与一个腔场发生大失谐相互作用,即纠缠交换,从而实现原子与腔场之间的纠缠。研究了该系 统原子熵的演化特性,并运用量子熵理论讨论了失谐量(δ)大小对原子熵演化的影响。结果表明δ的大小 对系统熵的最大纠缠度和系统熵的崩塌-回复现象有影响,当δ 为0时崩塌-回复现象消失。

目前罗兰C台链中所有台站受到原子钟积累误差和无线电信号测量精度限制,并没有实现高精度时间同步。基于连续变量纠缠交换方式和位于主副台的延迟装置,可以高精度检测纠缠光场正交分量的相位差信息,从而得到主台和多个副台的同步时差信息。经过理论推导和仿真分析可知,利用所提方案能使多台站同步精度达到皮秒级别。通过分析台间同步量子信道的安全性可知,任何外界窃听行为都将导致主副台误码率提高。

EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)导引是一种特殊的量子现象,允许纠缠系统中的一方导引另一方,在单向的安全量子网络通信、量子秘密共享等量子协议中具有潜在的应用价值。基于连续变量两组分纠缠交换方案,对完成纠缠交换的两组分系统通过非对称调制和单端噪声引入两种方式,建立协方差矩阵,对最终输出的两组分纠缠量子态间的EPR导引特性进行分析和比较。研究量子系统中两组分EPR导引特性在两个模式间的变化情况,以及连续变量纠缠交换后两组分EPR导引参数随经典调制因子及噪声大小的变化关系,此理论研究结果为安全量子通信的实现提供了可行性参考。

针对量子节点间建立链路所消耗纠缠资源的差异,使用权重数值来量化现实环境对各个量子节点的影响,并根据权值确定纠缠粒子的分发。在此基础上提出一种针对量子无线多跳网络的路由协议,该协议以纠缠利用率作为路由度量条件,通过基于最大权重值的纠缠粒子分发方式和并行纠缠交换建立量子信道,实现量子态的传输。仿真分析表明,使用该路由协议可以精确找出网络中符合度量条件的量子链路,同时该路由协议中使用并行纠缠交换的交换方式降低了量子态传输的时延,在节点数为15时,并行交换比串行交换的平均时延降低了50％,而且随着链路中节点数的增加,两者的时延差异将会越来越大。为方便分析各仿真节点的权重值均设置为1至15的随机整数,通过对5节点的链路进行多次仿真发现使用基于最大权重值纠缠粒子分发方式能够传送的量子态的平均个数为14,基于串行的分发方式能够传送的量子态的平均个数为7。

为了抵御弱盲签名的伪造攻击,基于量子纠缠交换原理提出了双重弱盲签名方案。此方案由发送者、 签名者和验证者三方经过初始化、消息盲化、双重盲签名和验证完成。发送者将消息盲化后送给签 名者,签名者用量子可控非门产生盲签名并执行Bell态测量,发送者用量子测量对原始消息再次签 名,验证者对两次签名分别进行验证,并去除盲化恢复原始消息。如果参与者对签名验证的结果有 争议,由可信的签名者对争议进行仲裁。分析表明当密钥满足偶数位恒为1时,该方法不仅能抵御外 部攻击,而且能有效防止发送者篡改,满足了弱盲签名的不可伪造性、不可否认性、盲性和可追踪 性等要求。所提方案在电子商务、电子货币等互联网交易中具有广泛的应用前景。

本文提出了一种基于纠缠交换的量子局域网络传输模型,结合传统通信网络的树形局域网模型,使用经典通信协议,并根据以太网IEEE8023一般帧格式设置一种帧格式用来承载建立量子信道的控制信息。用户间依靠该局域网模型通过纠缠交换协议以及经典信道辅助传递控制信息来控制用户间量子信道的建立与释放,实现端到端量子信息的传输。对该网络的吞吐率进行分析表明,当节点时延为1 μs,将传输过程中理想条件下的概率PSW、Pbel、Ptes设为08,则吞吐率随着网络中纠缠粒子生成概率Pbor增加而显著增加,最大为550 kb／s;将传输过程中理想条件下的概率Pbor、Pbel、Ptes设为08,吞吐率也随着网络中纠缠交换成功概率PSW的增加而增加,最大为450 kb／s;同时当节点时延每增加1 μs,相同条件下的网络吞吐率将下降50％。因此,在将来量子局域网设置中应尽量提升纠缠交换过程的成功率,同时优化信道,降低经典信道的时延以提高量子局域网中的的系统吞吐率。

采用生成函数和纠缠交换的方法,研究了混态情况下量子小世界网络的纠缠渗流。基于理论计算 及数值模拟,分析了小世界网络归一化平均集团的大小和路径长度的关系。结果表明小世界网络在较短的 路径下具有较大的平均集团。进一步阐明了量子小世界网络具有较大的聚类特性和较短的平均距离,发现平 均集团随着保真度的增加而增大,且增大小世界网络的平均度可以降低信息传递所需的保真度。通过对混态 进行纠缠交换可提高最大纠缠态的保真度,说明纠缠交换可以优化量子小世界网络的纠缠渗流。