基于私密信息的盲量子计算研究

基于私密信息的盲量子计算研究(论文11000字)
摘要：盲量子计算（BQC）是一种新的安全的量子计算的协议，该协议中Alice(客户端)将她的量子计算委托给拥有全面的量子计算机的Bob（服务器），该服务器在计算过程中不会知道Alice的输入，输出，以及Alice所需要进行的算法。本文中我们深入地研究了Broadbent协议和BFK单服务器协议两种盲量子协议。我们发现基于线路模型的Broadbent协议在一次一密的加密方式下实现了no-Clifford组门中的R量子逻辑门，达到了Clifford组门和no-Clifford组门的统一，但是没能实现对通用性更具意义的Toffoli门，针对这一问题，我们设计了一个直接的匹配算法模拟验证了Toffoli门在没有其他的资源的情况下是不可能实现的，同时指出了两种不同的研究方向。而对于基于测量的BFK单服务器协议，协议中测量是主要的驱动力，而对客户端的要求是准备和发送任意的量子比特。我们针对此要求提出了一个使客户端量子能力降低到旋转的协议，并对改进协议进行了正确性和安全性分析。最后还将BFK单服务器协议扩展到了多服务器的形式。
关键字：盲量子计算；BFK单服务器协议；R门；Toffoli门；量子测量
Research on Blind Computation Based on Private Information
Abstract：Blind quantum computation is a new secure quantum computation protocol in which client who does not have any quantum power or enough quantum computation can delegate the quantum computation to the remote sever who has strong and powerful quantum computation ability. At the same time, the sever will not know anything about the input, output and the algorithm of the client wants to do. In this paper, we study the Broadbent protocol and the BFK sing server protocol. We find that the Broadbent protocol based on quantum wire implement R gate under one-time pad which universes the no-Clifford gate and Clifford gate. But it did not realize the Toffoli gate which is more important in the universality. We make an algorithm to prove the impossibility of implement of the Toffoli gate without extra resources. As for BFK single server protocol based on measurement in which measurement is the main force released the requirement of the client side, we develop it by using the rotation only in the client side. Moreover, we expand the BFK single server protocol to more server protocol version in order to reduce the resources to use and make the client more classical.
Keywords: Blind quantum computation; BFK single server protocol; R gate; Toffoli gate; Quantum measurement
目  录
1 引言    1
2 量子计算基础知识    1
2.1 量子比特及其表示    1
2.1.1 量子比特的概念    1
2.1.2 量子比特的符号表示    2
2.1.3 量子比特的几何表示    2
2.1.4 量子态的矩阵表示    4
2.2 量子纠缠    5
2.3 量子门    5
2.3.1 量子门的概念与标记    5
2.3.2 量子旋转门    6
2.4 量子测量    7
2.4.1 投影测量    7
2.4.2 POVM测量    8
3量子计算模型与BQC概述    8
3.1 量子计算模型    8
3.2 BQC的概念    11
3.3 BQC发展现状    12
4基于线路模型的盲量子计算协议及其改进    12
4.1 Broadbent盲量子计算协议回顾    12
4.1.1 Clifford group简介    13
4.1.2 Clifford group的协议    13
4.1.3 no-Clifford group的协议    14
4.2 Broadbent协议缺陷及其证明    15
5基于测量的盲量子计算协议与改进    16
5.1 BFK单服务器盲量子计算协议回顾    16
5.2 协议改进    17
5.3 协议分析    18
5.4 协议扩展    20
5.4.1 扩展至双服务器    20
5.4.2 扩展至三服务器    21
6 总结与展望    22
参考文献    23
致  谢    25