考虑到协议的安全性及控制方的必要性, 提出了一种新颖的受控量子安全直接通信协议。协议中由控制方制备和分发信道粒子, 并决定是否通信, 且控制方的信息对协议的运行起着很大的作用。利用加密后编码操作和引入辅助粒子的方式提高协议的安全性和信息传输量, 信息接收方根据处理后的消息进行酉操作, 并根据约定的加密规则逆向解码获取秘密信息。所有公布的信息与秘密信息无直接的关 联, 避免了信息泄露问题。分析结果表明该协议能够抵抗第三方和窃听者的攻击, 且量子通信效率 为 28.75%。

一次一密经典通信方式存在密钥丢失的风险,在传输大量数据时密钥会很快消耗完,不适于大数据经典通信,同时量子隐形传态由于要区分四个Bell态,实现起来比较困难。考虑到量子信道不仅能传输量子信息,还可以传输经典信息,提出将量子隐形传态看作量子信道,进而传输经典信息序列。在传输的过程中将待传输的信息0和1分别编码为计算基矢态|0>和|1>,这样在保证安全性的基础上可以不停地生成密钥,适用于大数据通信,同时此方案只需区分两种Bell态,实现起来比较容易。

提出了一种多控制者的双向量子隐形传态方案。在该理论方案中有三个控制者协助通信,纠缠资源为最大七粒子纠缠态,其中通信者Alice和Bob以及三个控制者预先秘密共享最大七粒子纠缠态以构建量子信道。三个控制者的参与提高了通信的安全性,同时也避免了执行三粒子联合测量的复杂性。在通信过程中,首先Bob对自己密享的粒子执行酉操作,接着通信方各自对自己手中的粒子执行Bell基测量。假如控制者同意双方通信,便对自己手中的粒子执行单粒子测量并将测量结果通过经典信道传输给通信者。通信方分别结合控制者所公布的测量结果做相应的酉操作,这样便能完美地实现双向量子控制隐形传态。

提出了一个由三方共享五粒子Cluster态为量子通道进行单粒子双向隐形传送的方案。 方案中通信双方Alice和Bob各拥有五粒子Cluster态中的2个粒子以及未知单粒子态的粒子A和B, 控制者Cindy拥有Cluster态中1个粒子。Alice和Bob首先分别对手中的粒子A, B以及通道中的1个粒 子做Bell基测量。并通过经典信道将测量结果告知对方以及控制者Cindy。接着, Cindy对手中的粒 子做单粒子投影测量,并通过经典信道告知Alice和Bob测量结果。Alice和Bob根据三方的测量结果 分别对手中的另一个粒子做出相应的幺正操作得到对方所要传送的量子态,使单粒子态的受 控双向隐形传态的目的得以实现。

基于cluster态具有较强的纠缠顽固性, 提出两个利用四粒子cluster态传送任意单粒子态的量子信息共享方案. 第一个方案中发送者Alice、控制者Charlie和接收者Bob共享一个四粒子纠缠态, 首先Alice对自己拥有的粒子执行一个三粒子Von-Neumann联合测量, 然后Charlie对其拥有粒子执行Z基测量, 最后Bob根据发送者和控制者的测量结果, 对所拥有的粒子做适当的幺正变换, 就能重建共享的单粒子任意态. 第二个方案利用一个辅助粒子, 发送者Alice、控制者Charlie只需做Bell基测量, Bob通过比特位翻转和幺正变换即可得到Alice传送的量子态. 与已有方案相比, 两方案信息共享的成功概率为100%, 且只需四粒子cluster态为载体, 可在目前实验室技术条件下实现.

提出一个基于四粒子GHZ纠缠态实现未知单粒子态的可控量子双向传态方案.通信双方Alice和Bob以及控制方事先密享两对四粒子GHZ纠缠态以构建量子信道, 根据纠缠粒子的不同分发方式, 以及测量时所选择的不同测量基, 可以分别实现三方和四方参与的可控量子双向传态.通信开始后, Alice和Bob分别对自己拥有的部分粒子作量子投影测量, 若控制方同意双方通信, 则对自己拥有的粒子作测量并通过经典信道公布测量结果.通信双方根据控制方公布的测量结果对各自的某个粒子作相应的幺正变换, 即可在己方的粒子上重建对方待传的量子态.由于第三方Charlie以及第四方Dennis的加入, 整个双向传态的安全性大为提高.

提出了一个利用六粒子最大纠缠态作为纠缠资源的双向量子控制隐形传态方案.该理论方案中, 六粒子最大纠缠态作为量子通道来连系着合法的三方——通信双方和控制方, 通信双方既是发送方同时也是接收方.传输过程中, Alice传输一个任意单粒子态a给Bob的同时Bob也传输一个任意的单粒子态b给Alice；由控制方Charlie来控制和协助通信双方完成最终的量子态的交换；Bob先对自己手中的粒子作一个幺正操作, 用户双方再各自对自己手中的粒子执行Bell基测量, 测量完成后通过经典信道将自己的测量结果公开宣布, 用户双方根据对方所公布的测量结果做相应的幺正操作, 从而成功地实现双向量子控制隐形传态.

量子信息分裂或量子态共享是经典秘密共享方案在量子方案中的概括。在量子信息分裂中，一种量子态的形式被划分并分发给多个接收者。提出一个通过使用六粒子 的最大纠缠态作为量子通道来分裂两量子比特混态的方案。首先Alice执行两个Bell基测量并且宣布测量结果，同时分配Charlie(Bob)来重建未知的初态。如果控制者 Bob(Charlie)同意帮助Charlie(Bob)获得初态，他们就在各自的量子比特上执行单粒子测量。在发送者对粒子执行Bell基测量以及合作者对粒子执行单粒子测量之后， 通过运用适当的幺正算符，接收者可以重建发送者信息的初始状态。

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究，提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中，发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态，发送者先执行两次Bell基测量;然后控制者执行一次Bell基测量;最后接受者根据发送者和控制者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的，即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比，本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量，从而使得这个方案更简单、更容易，并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.

通过对五粒子团簇态新应用的研究，提出了一个经济和简单的二粒子任意态的可控隐形传态方案.在这个方案中，发送者（Alice）、控制者（Charlie）和接收者（Bob）共享一个五粒子团簇态，发送者只需要执行Bell基测量，而控制者也仅需要执行单粒子投影测量.接受者根据发送者和控制者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，就可以重建发送者的二粒子任意态.这个可控隐形传态方案是决定性的，成功的概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的可控隐形传送方案相比，不需要执行多粒子的联合测量，从而使得这个方案更加简单.