量子恩尼格玛机与量子信道的锁定容量

锁定效应是量子信息理论独有的现象，代表了经典信息论与量子信息论之间最显著的分离之一。Fawzi-Hayden-Sen (FHS) 锁定协议在密码学背景下利用了这一效应，使得一方可以使用仅常数大小的秘密密钥将 n 比特编码为 n 量子比特。编码后的消息对于窃听者试图恢复消息而进行的任何测量都是安全的，但该协议不一定满足量子密钥分发应用所需的可组合性要求。无论如何，锁定效应代表了香农经典定理的极端违背，该定理指出在经典情况下，信息论安全性成立当且仅当秘密密钥与消息大小相同。鉴于这一引人注目的现象，研究噪声存在下的效应具有实际意义，这种噪声可能出现在合法接收者和窃听者的系统中。本文正式定义了量子信道的锁定容量，即通过多次独立使用量子信道并使用相对于信道使用次数呈次线性增长的秘密密钥量，能够可靠传输给合法接收者的最大锁定信息量。我们根据量子香农理论中其他众所周知的容量，提供了锁定容量的一般操作界限。我们还研究了玻色信道这一重要情况，发现了当采用相干态编码时这些信道锁定容量的局限性，以及针对这些信道可能在物理上可实现的特定锁定协议。