首個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)用匿名通信協(xié)議誕生!未來量子通信必將大有可為?

通過互聯(lián)網(wǎng)安全傳輸信息的能力非常重要,但大多數(shù)情況下,竊聽者仍然可以確定發(fā)送者和接收者是誰。在某些高度機(jī)密的情況下,發(fā)送者和接收者身份保持匿名是很重要的。

在過去的幾十年里,研究人員一直在開發(fā)通過經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)匿名傳輸消息的協(xié)議,但量子網(wǎng)絡(luò)類似協(xié)議仍處于開發(fā)的早期階段。到目前為止,為量子網(wǎng)絡(luò)提出的匿名方法面臨著一些挑戰(zhàn)。

比如實(shí)現(xiàn)困難,或者要求對(duì)資源做出強(qiáng)有力的假設(shè),使得它們不能在現(xiàn)實(shí)世界中使用。來自牛津大學(xué)、麻省理工學(xué)院、索邦大學(xué)、巴黎大學(xué)和CNRS的Anupama Unnikrishnan、Ian MacFarlane、Richard Yi、Eleni Diamanti、Damian Markham和Iordanis Kerenidis在一篇新研究論文中,提出了量子網(wǎng)絡(luò)中匿名通信的第一個(gè)實(shí)用協(xié)議。該協(xié)議使匿名量子通信更接近于在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際演示。在最偏執(zhí)的情況下,可以保證匿名:

不需要信任網(wǎng)絡(luò)玩家的誠(chéng)實(shí)或計(jì)算能力,甚至不需要信任他們共享的糾纏。新協(xié)議的工作方式如下:首先,想要發(fā)送消息的玩家匿名通知接收者。然后,在協(xié)議的每一輪中,一個(gè)不可信源創(chuàng)建一個(gè)稱為Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)狀態(tài)的糾纏量子態(tài),并將其分配給參與者。然后玩家有兩個(gè)選擇:可以通過運(yùn)行驗(yàn)證測(cè)試來檢查狀態(tài)是否真的是GHZ狀態(tài),或者他們可以使用狀態(tài)進(jìn)行匿名量子通信。大多數(shù)時(shí)候,玩家測(cè)試狀態(tài)。
如果測(cè)試失敗,表明可能存在違規(guī),則玩家將停止協(xié)議。通過這種方式,行為不端的來源很可能會(huì)被抓住。如果玩家選擇使用狀態(tài)進(jìn)行匿名通信,則他們?cè)贕HZ狀態(tài)的自己部分上執(zhí)行某些操作和測(cè)量,以便在發(fā)送者和接收者之間創(chuàng)建“匿名糾纏”,使得他們現(xiàn)在通過匿名量子信道連接。使用這個(gè)通道,發(fā)送者然后可以使用量子隱形傳態(tài)來匿名地向接收者發(fā)送量子消息。協(xié)議實(shí)現(xiàn)完美匿名的能力,取決于玩家執(zhí)行完美的動(dòng)作和共享完美的GHZ狀態(tài)。

研究人員表明,即使在存在缺陷的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中,玩家仍然可以在安全參數(shù)epsilon內(nèi)近乎匿名地進(jìn)行通信,這方法稱為“epsilon-匿名協(xié)議”。在未來,匿名傳輸信息的能力,對(duì)于未來量子互聯(lián)網(wǎng)的許多潛在應(yīng)用將至關(guān)重的。然而,在此期間,還需要做更多的研究工作。正在研究該協(xié)議在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)演示,同時(shí)也在研究進(jìn)一步協(xié)議的概念,這些協(xié)議可以豐富量子網(wǎng)絡(luò)提供的應(yīng)用工具箱。
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參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》
DOI:?10.1103/PhysRevLett.122.240501
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