论文题目：抗噪声量子操作的实际匿名纠缠协议

录用期刊/会议：Quantum Information Processing (JCR Q1)

原文DOI：10.1007/s11128-021-03367-8

原文链接：https://doi.org/10.1007/s11128-021-03367-8

录用/见刊时间：2021.11.30

封面图：

作者列表：

1） 王玉坤 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院 计算机系助理教授

2） Li Xinhu 南京大学 固体微结构与物理学院国家重点实验室

南京航空航天大学 计算机科学与技术学院

3） Han Yunguang 复旦大学 场理论与粒子物理研究中心 物理系

4） Zhang kejia 黑龙江大学 数学科学学院

摘要：

匿名纠缠是指在量子网络中建立双方之间的纠缠通道，同时保持双方的身份不为其他方所知。A. Unnikrishnan等人最近的一项工作提出了在恶意方和不可信源存在的情况下的第一个匿名纠缠协议，但是，由于产生的纠缠信道可能会被恶意方破坏而不被发现，因此原始协议的正确性将受到威胁。在本文中，我们提出了一种改进的协议，同时保证了各方的匿名性和共享纠缠通道的正确性，此外，我们在安全分析中考虑了噪声测量，使我们的协议具有实用性和严谨性。在安全性分析的基础上，我们的协议可以在不可信的量子网络中对真正的多方纠缠进行认证。

背景与动机：

量子网络作为一种新型的信息通信技术，近年来发展迅速，这就提出了对安全量子多方计算(QMC)的巨大需求，即人们根据各自的私人输入共同进行计算任务。在实践中，这些计算可能在恶意方之间甚至在竞争对手之间进行。因此，隐私成为参与这些计算的一方的主要关注点，而匿名性是指通信各方身份的保密性，在数据隐私保护中起着重要的作用，所以在本文中，提出了一种实用的协议来同时实现各方的匿名性和共享EPR对的正确性，并分析了该方法在噪声测量设备存在下的性能和安全性。

设计与实现：

协议主要分为两个阶段：初始阶段和GHZ验证EPR共享回路。在初始阶段，将纠缠源分布在

个agent中，agent运行Notification协议匿名通知接收方，在每次GHZ验证EPR共享运行中，

个agent遵循以下步骤：使用RandomAgent选择一个agent为所有agent准备角度；每个agent根据接收到的角度进行本地操作并宣布结果；在总角度奇偶性被通知后，发送方和接收方将通知他们当前选择的GHZ验证和EPR共享。

图1：匿名纠缠协议示意图

实验结果与分析：

图2：所有agent都诚实的场景下，

和

对

的影响

所有的agent都是诚实的，我们以

个代理为例。

随

而减小，随

而增大，当

和

都趋近于

时，

趋近于

。

图3：恶意场景下，

和

对

的影响

在恶意场景下，存在

个恶意方，

为诚实方的个数，在

的情况下，agent的总数应为

，

随

减小，随

增大。

结论：

我们提出了一种匿名纠缠协议，在实际场景中，即存在恶意方和不可信源的情况下，同时实现用户的匿名性和共享EPR对的正确性。在我们的协议中，除了发送方和接收方之外，每个agent每轮对自己的量子位进行相同的测量；此外，GHZ验证和EPR分布的运行由发送方和接收方随机选择，稍后将为所有代理所知。

我们在安全分析中考虑了噪声测量，在理想情况和实际情况下，详细分析了噪声测量对协议正确性、匿名性和可靠性的影响。结果表明，与完美场景相比，噪声场景下的协议需要更多的运行才能达到相同的通过概率性能。此外，我们的研究表明，在不可信量子网络中存在噪声测量的情况下，可以证明真正的多方纠缠。

作者简介：

王玉坤，计算机系讲师，研究方向为量子计算，量子密码及量子信息基本理论，主要包括：量子机器学习，量子密码协议设计及安全性证明，设备不可信量子信息处理：量子随机数，量子系统自验证，及steering理论和网络中的非局域性等。在研科研项目4项（国家级项目1项），在国内外著名期刊和会议发表SCI检索的学术论文20余篇。担任多个国际顶级期刊审稿人。