基于真正单光子纠缠态的二维交替量子行走双消息系统量子密码学协议

单光子纠缠态（或广义上的单粒子纠缠态（SPES））相比其多光子（或多粒子）对应物，能提供一种更安全的量子信息编码与处理方式。通过二维交替量子行走装置从初始可分态生成的 SPES 可以是三路或两路纠缠的。本文表明，生成的真正三路和非定域两路 SPES 可用作密码密钥，以同时安全地编码两条不同的消息。我们详细说明了消息的加密-解密步骤，并展示了基于三路和两路 SPES 的密码学协议对拦截重发和中间人等窃听攻击的抵御能力。我们还详细说明了使用单光子对这些协议的实验实现，其三个自由度分别为 OAM、路径和偏振。我们证明了这些协议在量子通信任务中具有无条件安全性。利用生成的 SPES 同时编码两条不同消息的能力展示了所提出密码学协议的多功能性和高效性。这一能力可以显著提高量子通信系统的吞吐量。