1.本发明涉及量子信息与光通讯技术领域，具体涉及一种检测设备无关量子直接通讯方式。
背景技术：
2.量子通讯使用数学原理来保证通讯信息的无条件安全性，目前有好多国际流行的量子通讯合同，包括量子秘钥分发,key(qkd)和量子安全直接通讯,(qsdc)等。qkd使用量子态传输秘钥，qsdc则直接在量子信道中传输绝密信息。
3.在检测设备无关量子安全直接通讯中，主要包含两步监听测量：第一步检查叫安全性检查，用于测量通讯中是否存在监听者；第二步检查叫完整性检查，用于测量经过精典密码加密后的信息是否被人盗取，即信息是否完整。信息编码存在于在第一步检查和第二步检查之间。量子储存主要存在于第二步检查中，第一步检查及其余步骤对量子储存没有依赖性。量子安全直接通讯的安全性依赖于数据的块传输，而块传输技术则须要量子储存，但目前量子储存技术仍然不成熟，无法实用化。因而须要对现有的设备无关量子直接通讯技术进行进一步地改进因而增加检测设备无关量子安全直接通讯合同对量子储存的依赖。
技术实现要素：
4.为了解决上述技术问题，提出了将无量子储存的量子安全直接通讯合同，并将动态联合差错控制编码应用到检测设备无关合同之中，因而清除了检测设备无关量子安全直接通讯合同对量子储存的依赖，增强了系统的实用性。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种检测设备无关量子直接通讯方式，包括用户端alice、用户端bob和检测端，所述用户端alice和用户端bob用于形成、发送和接收量子比特，所述检测端用于检测量子比特；
6.该方式包括隐型传态，其中隐型传态步骤如下：
7.步骤1.所述alice随机制备一个的双光子态的纠缠态量子比特，双光子态的纠缠态用于信息传输；
8.所述bob随机制备一个处于{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的四种量子态之一的单光子态的量子比特；
9.步骤2.alice发送纠缠态中的一个光量子比特给，并保留剩下的一个光量子比特，bob将随机制备的单光子态的量子比特发送给；
10.步骤3.所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；
11.步骤4.所述alice执行幺正操作，完成量子隐型传态，alice保留的量子比特的量子态与bob所发送的量子比特的量子态相同。
12.一种检测设备无关量子直接通讯方式，包括用户端alice、用户端bob和检测端
，所述用户端alice和用户端bob用于形成、发送和接收量子比特，所述检测端用于检测量子比特；
13.该方式安全性检查和完整性检查，其中安全性检查步骤如下：
14.步骤a.所述alice制备随机的处于以下四种量子态之一{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态量子比特；所述bob随机制备处于以下四种量子态之一{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态量子比特；所述单光子态量子比特用于监听检查；
15.步骤b.alice和bob同时将各自的量子比特发送给；
16.步骤c.所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；
17.步骤d.所述alice通过精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制备的量子态，之后执行检测设备无关量子秘钥分发合同里一样的监听侦测，若误帧率大于最大阀值之下，则判断不存在监听行为，否则判断本次通讯存在监听。
18.优选地，所述误分辨率最大阀值范围是0
‑
11％，优选地误分辨率最大阀值为7％。优选地，还包括以下步骤：
19.步骤a.alice将须要传输的信息m与随机生成的秘钥k进行异或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后对密文m’执行jeec编码，最后将编码后的密文调制到量子比特上；
20.步骤b.alice发送包含密文的量子比特及随机选择的随机数给；
21.步骤c.所述检测包含密文的量子比特并通过精典信道公布检测结果；
22.若所述alice发送的是随机数，则alice将公布检测结果和alice制备的随机数进行比对：若误分辨率大于最大阀值，则判断本次传输的密文是完整的，否则判断存在监听者盗用了密文。
23.优选地，所述误分辨率最大阀值范围是0
‑
5％，优选地误分辨率最大阀值为5％。
24.优选地，还包括以下步骤：
25.步骤d.所述bob解码公布的密文，并借助随机生成的秘钥k密文，得到传输的信息m；
26.若本帧没被传输完毕，则返回步骤1或a；否则alice和bob采用步骤c中的误分辨率来恐怕本轮通讯的安全容量，并估算可以提取的秘钥数；最后，alice和bob分别提取秘钥并插入到秘钥池中，用于加密和解码下一轮的密文。
27.一种储存装置，该储存装置中储存有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行如上述的检测设备无关量子直接通讯方式的步骤操作。
28.一种智能终端，包括用于执行各指令的处理器和用于储存多条指令的储存装置，所述指令适用于由所述处理器加载并执行如上述的检测设备无关量子直接通讯方式所述的步骤操作。
29.本发明有益的技术疗效：本发明在信息编码过程中直接采取动态联合差错控制编码的编码方法，将所传的信息用精典密码加密后，再加载在量子态上，即量子传输的是加密后的密文。本发明保证每轮所传输的数据，既包含本轮所传输信息，也包含加密下一轮所传输信息的秘钥，而秘钥的多少可以依照本轮通讯的安全容量来估算，清除了检测设备无关量子安全直接通讯合同对量子储存的依赖。
附图说明
30.图1为本发明的检测设备无关量子直接通讯方式应用的整体结构框架图；
31.图2为本发明中检测端的结构示意图；
32.图3是隐型传态过程步骤流程图；
33.图4为本发明中安全性检查过程步骤流程图；
34.图5为本发明中完整性检查及信息通讯过程步骤流程图。
具体施行方法
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点愈发清楚明白，以下结合施行例对本发明进行进一步详尽说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下列具体施行例。
36.如图1
‑
5所示，一种检测设备无关量子直接通讯方式，包括用户端alice、用户端bob和检测端，所述用户端alice和用户端bob用于形成、发送和接收量子比特，所述检测端用于检测量子比特；用户端alice和用户端bob既可以作为发送方又可以作为接收方，且用户端alice和用户端bob之间可以形成随机的量子秘钥k，且在通讯过程中共享量子秘钥k。
37.该方式包括安全性检查和完整性检查步骤，其中安全性检查步骤如下：
38.步骤1：所述alice随机制备一个的双光子态的纠缠态量子比特，双光子态的纠缠态用于信息传输；
39.所述bob随机制备一个处于{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的四种量子态之一的单光子态的量子比特；
40.其中|0>代表水平态，|1>代表垂直态，|+>和|
‑
>是她们的叠加态，具体如下：
[0041][0042]
步骤2.alice发送纠缠态中的一个光量子比特给，并保留剩下的一个光量子比特，bob将随机制备的单光子态的量子比特发送给；
[0043]
alice制备的纠缠态是两个光子的纠缠态，alice发送其中一个光子的量子比特给，保留另一个光子的量子比特。alice保留其中一个光子的量子比特是为了完成后续的量子隐型传态操作，量子隐型传态须要将bob手中的量子态传给alice，alice后续须要依照的检测结果保留的光子量子比特采取幺正操作。
[0044]
步骤3：所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；
[0045]
贝尔态检测通过贝尔态检测装置进行检测，贝尔态检测装置包括一个分束器、一个分束器上联接有两个偏振光分束器，两个偏振光分束器分别又联接练个单光子侦测器，单光子量子比特步入分束器后分别两路分别到两个偏振光分束器，最后被四个单光子侦测器侦测。
[0046]
贝尔态检测检测的结果有两种|ψ
‑
>、|ψ
>，对应两个单光子可能的量子态如下表所示：
[0047]
表1
[0048]
检测结果+++
‑‑
‑‑
|ψ
‑
>
×
√√
××
√√
×
|ψ
>
×
√√
×
√
××
√
[0049]
表1中√表示第一行的量子态可能会出现的检测结果，
×
表示第一行的量子态不可能出现测试结果。
[0050]
步骤4：所述alice执行幺正操作，完成量子隐型传态。
[0051]
幺正操作是量子热学上面的一种可逆操作，按照检测设备无关量子安全直接通讯合同，其具体操作方式和作用如下：
[0052]
表2中第一行的量子态代表贝尔态检测结果，每位贝尔态旁边的u
，代表alice依照贝尔态检测结果，须要采取的幺正操作，第一列表示bob制备的量子态。
[0053]
整个量子隐型传态的目的是把bob制备的量子态传到alice手里。alice依照贝尔态检测结果，采取幺正操作，可以使手中保留的单光子弄成和bob相同的量子态。
[0054]
表2
[0055][0056]
表2中各个参数表示的涵义如下：
[0057]
σ
x,y,z
是泡利矩阵量子传输 设备，σ
可使单比特翻转，即|0>变到|1>，|1>变到|0>；iσ
可使|0>变到
‑
|1>，|1>变到|0>；σ
可使|0>变到|0>，|1>变到
‑
|1>。i是单位矩阵，该操作不改变比特状态。
[0058]
比如，表2中前三列、前二行，下标代表附图2中的标出的a,b,c光子，当检测结果是|φ
+23
>时，代表bob的态是|0>3或|1>3，而与之对应的alice的1光子的态是
‑
|1>1或|0>1，alice须要执行iσ
操作使手中的光子变为和bob相同的状态。
[0059]
优选地，还包括以下步骤：
[0060]
步骤a.alice将须要传输的信息m与秘钥k进行异或操作得到密文m’，即m’＝m
⊕
k；之后对密文m’执行jeec编码，来确保密文传输的安全性和有效性，并提高安全容量。之后alice调制精典密文到量子比特上，即用i操作来编码0，用iσ
来编码1。alice也随机的选择发送一些随机数用于以后的完整性检查。
[0061]
这儿的秘钥k在第一次通讯的时侯是alice或则bob随机生成的量子秘钥，且在alice或则bob在通讯过程中互相共享，第一次通讯完成之后，秘钥k采用步骤d中alice和bob分别提取秘钥，该秘钥插入到秘钥池。
[0062]
步骤b.alice发送包含密文的量子比特及随机选择的随机数给；
[0063]
步骤c.所述检测包含密文的量子比特并通过精典信道公布检测结果；
[0064]
公布检测结果：若所述alice发送的是随机数，则alice将公布检测结果和alice制备的随机数进行比对：若误帧率大于最大阀值，则断定本次传输的密文是
完整的，否则判断存在监听者盗用了密文。所述误分辨率最大阀值范围是0
‑
5％，本施行例中误分辨率选用5％，误分辨率的最优值是0％，即没有误分辨率，最大是5％，即误分辨率最大高于5％，判断不存在监听行为。
[0065]
步骤d.所述bob解码公布的密文，并借助随机生成的秘钥k密文，得到传输的信息m；
[0066]
若本帧没被传输完毕，则返回步骤1或a；否则alice和bob采用步骤c中的误分辨率来恐怕本轮通讯的安全容量，并估算可以提取的秘钥数；最后，alice和bob分别提取秘钥并插入到秘钥池中，用于加密和解码下一轮的密文。
[0067]
估算秘钥数是为了估算下一轮通讯可以传递多少比特的信息，由于下一轮通讯须要这一轮提取的秘钥加密。
[0068]
一种储存装置，该储存装置中储存有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行如上述的检测设备无关量子直接通讯方式的步骤操作。
[0069]
一种智能终端，包括用于执行各指令的处理器和用于储存多条指令的储存装置，所述指令适用于由所述处理器加载并执行如上述的检测设备无关量子直接通讯方式所述的步骤操作。
[0070]
施行例2
[0071]
施行例2与施行例1的不同之处在于安全性检查步骤如下的不同，本施行的安全性检查步骤如下：
[0072]
步骤a.所述alice制备随机的处于以下四种量子态之一{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态；所述bob随机制备处于以下四种量子态之一{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态量子比特；所述单光子态量子比特用于监听检查；
[0073]
步骤b.alice和bob同时将各自的量子比特发送给；
[0074]
步骤c.所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；
[0075]
步骤d：所述alice通过精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制备的量子态，之后执行检测设备无关量子秘钥分发合同一样的监听侦测。监听检查就是指，量子直接通讯可以测量出本次通讯中是否存在监听者。方式是通过公布通讯双方一部份秘钥，核实通讯双方接收秘钥的误分辨率，假如误分辨率很高，则觉得存在监听，否在觉得不存在窃听。
[0076]
本发明在信息编码过程中直接采取动态联合差错控制编码的编码方法，将所传的信息用精典密码加密后，再加载在量子态上，即用量子传输的实际是加密后的密文。使用动态联合差错控制编码可以保证，每轮所传输的数据，既包含本轮所传信息，也包含加密下一轮所传信息的秘钥，而秘钥浓度的多少可以按照本轮通讯的安全容量来估算。采用此种编码方法可以消除量子储存。
[0077]
按照上述说明书的阐明和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述施行方法进行变更和更改。为此，本发明并不局限于前面阐明和描述的具体施行方法，对发明的一些更改和变更也应该落入本发明的权力要求的保护范围内。据悉，虽然本说明书中使用了一些特定的术语，但这种术语只是为了便捷说明，并不对发明构成任何限制。
技术特点：
1.一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，包括用户端alice、用户端bob和检测端，所述用户端alice和用户端bob用于形成、发送和接收量子比特，所述检测端用于检测量子比特；该方式包括隐型传态量子传输 设备，隐型传态步骤如下：步骤1.所述alice制备一个的双光子态的纠缠态量子比特，双光子态的纠缠态用于信息传输；所述bob随机制备一个处于{|0〉,|1〉,|+〉,|
‑
〉}的四种量子态之一的单光子态的量子比特；步骤2.alice发送纠缠态中的一个量子比特给，并保留剩下的一个量子比特，bob将随机制备的单光子态的量子比特发送给；步骤3.所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；步骤4.所述alice执行幺正操作，完成量子隐型传态，alice保留的量子比特的量子态与bob所发送的量子比特的量子态相同。2.一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，包括用户端alice、用户端bob和检测端，所述用户端alice和用户端bob用于形成、发送和接收量子比特，所述检测端用于检测量子比特；该方式安全性检查和完整性检查，其中安全性检查步骤如下：步骤a.所述alice制备随机的处于以下四种量子态之一{|0〉,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态量子比特；所述bob随机制备处于以下四种量子态之一{|0>,|1>,|+>,|
‑
>}的单光子态量子比特；所述单光子态量子比特用于监听检查；步骤b.alice和bob同时将各自的量子比特发送给；步骤c.所述收到alice和bob发送来的量子比特后，执行贝尔态检测，之后通过精典信道公布检测结果；步骤d：所述alice通过精典信道通知bob，alice和bob均公布各自所制备的量子态，之后执行检测设备无关量子秘钥分发合同里一样的监听侦测，若误帧率大于最大阀值之下，则判断不存在监听行为，否则判断本次通讯存在监听。3.如权力要求1或2所述的一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，所述完整性检查包括以下步骤：步骤a.alice将须要传输的信息m与随机生成的秘钥k进行异或操作得到密文m’，之后对密文m’执行jeec编码，得到秘钥c，之后将秘钥c调制到权力要求1中alice执行幺正操作的量子比特上；步骤b.alice发送包含密文的量子比特及随机选择的随机数给；步骤c.所述检测包含密文的量子比特并通过精典信道公布检测结果；若所述alice发送的是随机数，则alice将公布检测结果和alice制备的随机数进行比对，若误分辨率大于最大阀值之下，则判断本次传输的密文是完整的，否则判断存在监听者盗用了密文。4.如权力要求3所述的一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，还包括以下
步骤：步骤d.所述bob解码公布的密文，并借助随机生成的秘钥k密文，得到传输的信息m；若本帧没被传输完毕，则返回步骤1或a；否则alice和bob采用步骤c中的误分辨率来恐怕本轮通讯的安全容量，并估算可以提取的秘钥数；提取秘钥数之后alice和bob分别提取秘钥并插入到秘钥池中，用于加密和解码下一轮的密文。5.如权力要求2所述的一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，所述误分辨率最大阀值范围是0
‑
11％。6.如权力要求3所述的一种检测设备无关量子直接通讯方式，其特点在于，所述误分辨率最大阀值为0
‑
5％。7.一种储存装置，该储存装置中储存有多条指令，其特点在于，所述指令适用于由处理器加载并执行如权力要求1
‑
6任一所述的步骤操作。8.一种智能终端，包括用于执行各指令的处理器和用于储存多条指令的储存装置，其特点在于，所述指令适用于由所述处理器加载并执行如权力要求1
‑
6任一所述的步骤操作。
技术总结
本发明公开了一种检测设备无关量子直接通讯方式，该方式通过Alice随机制备一个的双光子态的纠缠态量子比特，通过Bob随机制备一个处于{|0＞，|1＞，|+＞，|
技术研制人员：李相洁龙桂鲁胡敏郭邦红
受保护的技术使用者：山东国腾量子科技有限公司
技术研制日：2021.06.30
技术公布日：2021/11/4