本技术涉及量子直接通信，尤其涉及一种单光子测量设备无关的量子直接通信方法及系统。
背景技术：
1、量子通信是基于量子力学基本原理进行信息传递的一种新的通信方式，量子通信技术主要分为量子密钥分发、量子直接通信(qsdc)和量子秘密共享等。其中，量子直接通信于不仅可以感知窃听，而且可以抵抗窃听，使窃听者无法获得任何信息。同时它不需要密钥，可以直接传输秘密信息，这从基本上改变了量子通信的结构。
2、然而，相关技术中的测量设备无关量子直接通信协议需要利用纠缠源，这阻碍了协议的实际应用，其次，安全性分析过程中没有考虑量子存储器件的影响。
3、基于此，急需一种能够省去纠缠制备过程的量子直接通信方法，以提高量子直接通信的可用性和可靠性。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种单光子测量设备无关的量子直接通信方法及系统，用于提高量子直接通信的可用性和可靠性。
2、本技术提供一种单光子测量设备无关的量子直接通信方法，包括：
3、所述发送方将第一光子序列发送至所述中间第三方，以及所述接收方将第二光子序列发送至所述中间第三方；所述第一光子序列由n个单光子、以及随机插入的m个单光子构成；所述第二光子序列由n+m个单光子构成；所述中间第三方基于所述第一光子序列和所述第二光子序列进行贝尔基测量，生成第一测量结果，并分别向所述发送方和所述接收方公布所述第一测量结果；所述接收方基于所述第一测量结果，确定所述发送方的量子存储器件中存储的第三光子序列中各个光子的第一量子态；所述第三光子序列由n个单光子构成；所述第一光子序列中的n个单光子由n个光子对经可变分束器反射的光子构成；所述第三光子序列中的n个单光子由所述n个光子对经可变分束器透射的光子构成；所述第一量子态包括：所述第三光子序列中的单光子受到所述中间第三方测量的影响而坍缩后各个单光子的量子态；所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态，并将所述第三光子序列发送给所述中间第三方进行单光子测量；所述第二量子态包括：所述第三光子序列中各个光子施加幺正操作后各个单光子的量子态；所述中间第三方基于所述接收方公布的制备基信息对所述第三光子序列进行测量，生成第二测量结果，并向所述发送方和所述接收方公布所述第二测量结果；所述接收方根据所述第二测量结果以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息。
4、可选地，所述发送方将第一光子序列发送至所述中间第三方，包括：所述发送方控制两个单光子源制备所述n个光子对，并发送所述n个光子对通过可变分束器，得到所述可变分束器反射的n个光子，构成所述第四光子序列，以及得到所述可变分束器透射的n个光子，构成所述第三光子序列；所述发送方向所述第四光子序列中随机插入m个单光子，得到所述第一光子序列；其中，所述n个光子对中任一光子对处于状态所述m个单光子为非正交基下的单光子、且所述m个单光子中的任一单光子处于以下形态中的任一种：水平偏振态，-45°偏振态，竖直偏振态，+45°偏振态。
5、可选地，所述接收方将第二光子序列发送至所述中间第三方，包括：所述接收方控制单光子源制备长度为n+m的单光子，得到所述第二光子序列；其中，所述第二光子序列中任一单光子处于以下形态中的任一种：水平偏振态，-45°偏振态，竖直偏振态，+45°偏振态
6、可选地，所述接收方基于所述第一测量结果，确定所述发送方的量子存储器件中存储的第三光子序列中各个光子的第一量子态，包括：所述接收方在所述第一测量结果生成、且所述量子存储器件触发预设响应事件的情况下，确定所述量子存储器件中存储的所述第三光子序列坍缩，并得到所述第三光子序列的第一量子态。
7、可选地，所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态，包括：所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第三量子态；所述第三量子态包括：所述第三光子序列中的单光子经过消息编码后各个单光子的量子态；所述发送方使用局域随机比特串对所述第三量子态进行加密，并在所述第三光子序列中插入随机数序列，得到所述第三光子序列的第二量子态。
8、可选地，所述接收方根据所述第二测量结果以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息，包括：所述接收方根据所述发送方基于所述第二测量结果公布的目标随机数指示的所述第三光子序列中各个单光子对应的随机数、所述第二测量结果、以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息以及随机数序列；所述接收方以及所述发送方基于各自公布的随机数序列，对所述目标消息进行完整性验证。
9、可选地，所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态之前，所述方法还包括：所述发送方和所述接收方基于各自公布的m个单光子的插入位置信息和制备基信息，确定所述第一光子序列和所述第二光子序列中同一位置均为插入光子的插入位置信息；所述发送方和所述接收方基于所述插入位置信息以及所述第一测量结果计算检测比特误码率以及光子的响应率，并基于各自计算得到的检测比特误码率以及光子的响应率进行量子信道安全验证。
10、本技术还提供一种单光子测量设备无关的量子直接通信系统，包括：发送方，接收方和中间第三方；所述发送方，用于将第一光子序列发送至所述中间第三方，以及所述接收方将第二光子序列发送至所述中间第三方；所述第一光子序列由n个单光子、以及随机插入的m个单光子构成；所述第二光子序列由n+m个单光子构成；所述中间第三方，用于在接收到所述第一光子序列和所述第二光子序列之后，基于所述第一光子序列和所述第二光子序列进行贝尔基测量，生成第一测量结果，并分别向所述发送方和所述接收方公布所述第一测量结果；所述接收方，用于基于所述第一测量结果，确定所述发送方的量子存储器件中存储的第三光子序列中各个光子的第一量子态；所述第三光子序列由n个单光子构成；所述第一光子序列中的n个单光子由n个光子对经可变分束器反射的光子构成；所述第三光子序列中的n个单光子由所述n个光子对经可变分束器透射的光子构成；所述第一量子态包括：所述第三光子序列中的单光子受到所述中间第三方测量的影响而坍缩后各个单光子的量子态；所述发送方，用于基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态，并将所述第三光子序列发送给所述中间第三方进行单光子测量；所述第二量子态包括：所述第三光子序列中各个光子施加幺正操作后各个单光子的量子态；所述中间第三方，用于基于所述接收方公布的制备基信息对所述第三光子序列进行测量，生成第二测量结果，并向所述发送方和所述接收方公布所述第二测量结果；所述接收方，用于根据所述第二测量结果以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息。
11、可选地，所述发送方，具体用于控制两个单光子源制备所述n个光子对，并发送所述n个光子对通过可变分束器，得到所述可变分束器反射的n个光子，构成所述第四光子序列，以及得到所述可变分束器透射的n个光子，构成所述第三光子序列；所述发送方，具体用于向所述第四光子序列中随机插入m个单光子，得到所述第一光子序列；其中，所述n个光子对中任一光子对处于状态所述m个单光子为非正交基下的单光子、且所述m个单光子中的任一单光子处于以下形态中的任一种：水平偏振态，-45°偏振态，竖直偏振态，+45°偏振态。
12、可选地，所述接收方，具体用于控制单光子源制备长度为n+m的单光子，得到所述第二光子序列；其中，所述第二光子序列中任一单光子处于以下形态中的任一种：水平偏振态，-45°偏振态，竖直偏振态，+45°偏振态
13、可选地，所述接收方，具体用于在所述第一测量结果生成、且所述量子存储器件触发预设响应事件的情况下，确定所述量子存储器件中存储的所述第三光子序列坍缩，并得到所述第三光子序列的第一量子态。
14、可选地，所述发送方，具体用于基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第三量子态；所述第三量子态包括：所述第三光子序列中的单光子经过消息编码后各个单光子的量子态；所述发送方，具体用于使用局域随机比特串对所述第三量子态进行加密，并在所述第三光子序列中插入随机数序列，得到所述第三光子序列的第二量子态。
15、可选地，所述接收方，具体用于根据所述发送方基于所述第二测量结果公布的目标随机数指示的所述第三光子序列中各个单光子对应的随机数、所述第二测量结果、以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息以及随机数序列；所述接收方以及所述发送方，具体用于基于各自公布的随机数序列，对所述目标消息进行完整性验证。
16、可选地，所述发送方和所述接收方，用于基于各自公布的m个单光子的插入位置信息和制备基信息，确定所述第一光子序列和所述第二光子序列中同一位置均为插入光子的插入位置信息；所述发送方和所述接收方，用于基于所述插入位置信息以及所述第一测量结果计算检测比特误码率以及光子的响应率，并基于各自计算得到的检测比特误码率以及光子的响应率进行量子信道安全验证。
17、本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上述任一种所述单光子测量设备无关的量子直接通信方法的步骤。
18、本技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述单光子测量设备无关的量子直接通信方法的步骤。
19、本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述单光子测量设备无关的量子直接通信方法的步骤。
20、本技术提供的单光子测量设备无关的量子直接通信方法及系统，首先，所述发送方将第一光子序列发送至所述中间第三方，以及所述接收方将第二光子序列发送至所述中间第三方；所述第一光子序列由n个单光子、以及随机插入的m个单光子构成；所述第二光子序列由n+m个单光子构成；所述中间第三方基于所述第一光子序列和所述第二光子序列进行贝尔基测量，生成第一测量结果，并分别向所述发送方和所述接收方公布所述第一测量结果；所述接收方基于所述第一测量结果，确定所述发送方的量子存储器件中存储的第三光子序列中各个光子的第一量子态；所述第三光子序列由n个单光子构成；所述第一光子序列中的n个单光子由n个光子对经可变分束器反射的光子构成；所述第三光子序列中的n个单光子由所述n个光子对经可变分束器透射的光子构成；所述第一量子态包括：所述第三光子序列中的单光子受到所述中间第三方测量的影响而坍缩后各个单光子的量子态；所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态，并将所述第三光子序列发送给所述中间第三方进行单光子测量；所述第二量子态包括：所述第三光子序列中各个光子施加幺正操作后各个单光子的量子态；所述中间第三方基于所述接收方公布的制备基信息对所述第三光子序列进行测量，生成第二测量结果，并向所述发送方和所述接收方公布所述第二测量结果；所述接收方根据所述第二测量结果以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息。如此，可以利用单光子源实现安全通信，从而省去纠缠制备，提高量子直接通信的可用性，且使用量子存储器件，可以在更加实际的光源情况下保证通信安全。
1.一种单光子测量设备无关的量子直接通信方法，其特征在于，应用于量子直接通信系统，所述系统包括：发送方，接收方和中间第三方；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送方将第一光子序列发送至所述中间第三方，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收方将第二光子序列发送至所述中间第三方，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收方基于所述第一测量结果，确定所述发送方的量子存储器件中存储的第三光子序列中各个光子的第一量子态，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收方根据所述第二测量结果以及所述第一量子态对所述第二量子态进行消息解码，得到目标消息，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送方基于所述第一测量结果以及所述接收方公布的制备基信息，对所述第三光子序列施加幺正操作进行消息编码，得到所述第三光子序列的第二量子态之前，所述方法还包括：
8.一种单光子测量设备无关的量子直接通信系统，其特征在于，所述系统包括：发送方，接收方和中间第三方；
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述单光子测量设备无关的量子直接通信方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述单光子测量设备无关的量子直接通信方法的步骤。
