量子保密查询（Quantum Private Query, QPQ）是解决对称保密信息获取的量子方案。基于QKD的QPQ协议是其中一个重要分支。此类协议容易实现且可以容忍信道损失，但是存在一定的失败概率，使得此类协议的稳定性有所欠缺。

　　近期出版的2015年第10期SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy（《中国科学：物理学　力学　天文学》英文版）发表了一篇论文题为：“QKD-Based Quantum Private Query Without a Failure Probability”，由北京邮电大学高飞教授担任通讯作者撰写。研究分析了基于量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）的QPQ协议存在失败概率的主要原因。在此基础上利用2014年发表在《Nature》上的一个差分相移（Differential Phase-Shift, DPS）QKD方案，设计了一个不存在失败概率的基于QKD的QPQ协议（见图1）。

图1    基于DPS-QKD的QPQ方案的干涉线路图：Bob制备一个单光子N脉冲态，并随机对每个脉冲进行0或π的相移，然后Alice利用右边的干涉线路和随机数r，随机地提取其中两个脉冲的相位差。

　　在对称保密信息获取问题中，不仅需要保护所传输消息不被外来攻击者得到，还要保护通信双方相互之间的隐私性。作为解决该类问题的量子方案，自2008年第一个协议被提出以来，QPQ引起了学者们的广泛关注。最初的QPQ协议将数据库的所有信息编码在一个幺正操作中，当数据库比较大时，这种协议的实现难度非常大。2011年，一种新型的QPQ协议——基于QKD的QPQ被提出，此类协议很好地解决了之前协议操作复杂、难以实现的问题，同时还可以容忍信道损失，大大加快了QPQ的实用化进程。然而，之前人们设计的基于QKD的QPQ协议都存在两个严重的不足：第一个不足是协议总会存在一定的失败概率；第二个是用户的每次成功查询又往往会得到多于一条的数据库内容。

　　该项研究分析了之前所有基于QKD的QPQ协议存在失败概率和额外数据库信息泄露的原因：非对称密钥蒸馏过程的随机性。在此基础上，利用日本学者Toshihiko Sasaki等人在《Nature》杂志上提出了DPS-QKD协议，设计了一个基于QKD的QPQ协议，巧妙地避开了非对称密钥蒸馏这一步骤。该协议保持了该类型QPQ协议的优点：容易实现且容忍信道损失。更重要的是，在此协议中，诚实用户总是能够恰好得到数据库的一个条目，既不存在失败概率，也不会泄露多余的数据库信息。相比之前所有的基于QKD的QPQ协议，该协议更加稳定且合理。此外，基于DPS技术，该协议还具有一个天然的优势，即可以对抗实际光源不完美（即存在多光子脉冲）所带来的安全性问题，这是之前的此类协议所不具备的。

　　该研究得到了国家自然科学基金项目（No. 61272057 and 61170270）资助。

更多详情请阅原文：

LIU Bin, GAO Fei, HUANG Wei, WEN QiaoYan, QKD-based quantum private query without a failure probability, Science China-Physics, Mechanics & Astronomy, 2015, vol.58, No.10: 100301, DOI: 10.1007/s11433-015-5714-3

http://phys.scichina.com:8083/sciGe/EN/abstract/abstract509920.shtml#

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