密钥分配是一种应用于双方获得一个随机的比特序列(密钥...
密钥分配是一种应用于双方获得一个随机的比特序列(密钥)的技术，同时充分地相信没有其他人知道它或者知道可观的一部分。例如，可以用物理的随机过程产生一个密钥，复制一个副本并将其传到另一方(即Bob)。此种共享的密钥比特，它们本身是随机的并没有什么具体意义，但它们却是很有价值的，因为，它们允许通信双方达成一种可证明的安全性，密码学的两个主要目的是:加密一个序列有意义的信息，使其对第三方来看是毫无意义的。并有证实合法的接收者自己收到的信息在传输中是没有被改动或替换的。
如果双方在初始时没有保密的信息，并且独立在第三方的监视(听)下，通过经典消息通信，他们不可能达成一个可证保密的密钥。但是当他们将经典公开的信息和量子传输交换。(其中，经典信息可以被监听，但是不能被窃听者改变或隐瞒，而量子传输具有特殊的属性，信息可以被隐瞒，改变，但不能监听了而不产生干扰。)这将会成为可能。而许多种量子传输很明显地都满足:
自旋为-1/2的粒子随机序列;
单光子的四个非正交的极化态;
弱强度的极化相干或非相干光脉冲类似的随机序列;
单极化纠缠的EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)双光子态序列;
时间空间纠缠(如:参量的下转换)的双光子态产生的类似序列。
以前的文章中，表明了EPR基下的密钥分配与非正交态的非EPR
方案
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的等价性，其观点来自于一个事实:观察EPR对的其中一个等同于用在测量结果中完全随机的态制备另一个成员。
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1表明了典型的密钥分配方案，包括EPR版本和非EPR版本。每种情况的最终结果都是一个密钥比特的随机序列并且证实每一个都是共享且安全的，或者已经被窃听者损坏了，需要被舍弃的。
当然最熟悉的例子，EPR涉及到非经典自旋相关的双粒子态。但现在我们已经知道，其它的双粒子态可以通过参量的下转换(Parametric down-conversion)的
方法
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制备。其展示了相位中的类似相关性(准相关性)，相位是在相干仪中可测量的。近来，弗朗森(Franson)和埃卡特(Ekert)，拉雷提(Rarity)和塔普斯特(Tapster)指出它们同样可以用来分配密钥，在这里我们注意到，这些双粒子方案存在有单粒子的版本。在基于自旋的密码分配表格1中，单粒子的版本涉及到了一方的随机制备和另一方的随机测量，而双粒子方案用到了双方的随机测量。在图1中显示了一种单粒子的干涉仪密钥分配方案，其涉及到了4个关于相位非正交的(量子)态的制备与测量。
在[12]中，非EPR密钥分配方案的安全性源于:任何测量若不对两个非正交态产生干扰，那么也就得不到区分两个态的任何信息。这个很自然地显示出了用两个非正交态来进行密钥分配的可能性，而不是用表格1和图1中显示的那样用4个态。在此，我们将要表明:原利用量子力学系统中任意的两个非正交态来进行密钥分配原理上都是可能的。
设|u>, |u>
和|u>正交的子空间上(非对易)的投影算符。(注意:这里下标是倒换的。)所以102P作用(湮没)|u>, 但是当作用于|u>时，以1-|| (>0) 的概率产生正确的结果，而01001
反之对P也是这样。 1
为了分配密钥，首先Alice制备一个量子系统的随机二进制序列，分别用|u>和|u>代表比01特数0和1，并将其发送给Bob，随后Bob独立于Alice随机地决定是否用P, 还是用P来01测量(但是，当然不能公开他用的测量方法)。双方协商并舍弃掉其它的情况。
图2展示了一种凑效的干涉仪实现方法，其中用到了两个非正交态分别为|u>和|u>，它01们是相位不同的两束弱的相干光脉冲与其相关的还有一个伴随的强的参考光脉冲，(这个强的相干态是典型几近正交的，当衰减到好强度小于1时将会变成显著的非正交态。因为这些所有的弱光态包括了很大一部分零光子数的态。)从图的左侧开始，Alice用一肆非对称光束分谱仪(UBS)和镜子的装置将原始的相干光束及时地分成两束分离的脉冲:一个光子强度μ
0<1, 较弱的信号脉冲，并伴随有一个光强度M>1的较亮的参考脉冲，信号脉冲分别用0或
0180的相变(PSA)来编码比特数0和1，然后送入单模光纤。而较亮的参考脉冲没有发生相变，但是被延迟了一个固定的时间?t，之后才被送入同一个光纤。在仪器的接收端，Bob用一个与Alice相似的一个半(波)干涉仪，以与先前相同的比率将送来的光束又重新分成
00两束:较弱部分，较亮部分。与先前相同，较弱部分发生了0或180的相变(PSB) 其过程是随机的且与Alice产生的相变是相互独立的，而亮的部分被延迟?t。最后，这两部分在到达探测器时产生干涉。
波到达探测器时，由相隔?t时间的三部分脉冲组成。第一个脉冲非常弱，是在Bob和Alice那里都被衰减了，但没有被任一方延迟的脉冲。在此，我们未做深层的讨论。
第二个脉冲包含了重要的密钥信息，它是个弱的脉冲，由在Alice处延迟后又被Bob衰减，以及在Alice处衰减后又被Bob延迟的两束光的叠加。如果Alice和Bob产生的相变相同，那么将发生相长干涉，叠加后的脉冲将以光子大约4μTq的概率产生一次记数(其中，T是光纤的透射系数，q是探测器的量子效率。)如果Alice和Bob产生的相变不同，那么叠加后的脉冲将是较低光强，理想情况下，若干涉仪精确校对(对准)结果将是零。(光源的相干时间，在这里不是我们要讨论的话题，因为两个相干脉冲是精确成比例的，且是同一个光源脉冲的衰减结果。)
最后，
浙公网安备 33021202002483