为了利用相同的资源传递更多的信息, 提出一种非对称可控密集编码方案, 非对称信道为5×2×2×2维的4粒子团簇态。方案有两个控制者, 一个控制者对粒子进行正交基测量, 通过控制测量角来控制信道的纠缠度; 另一个控制者进行投影测量, 作用是通过测量产生密集编码的量子信道, 同时也可以控制编码传输能否进行。信道产生后, 通过发送者的提纯、编码操作和接收者的测量操作, 实现可控密集编码。传输的平均信息量为4×(1+log25)α2。方案还将基于4粒子团簇态的可控非对称编码扩展到N×2×2×2维非对称信道, 证明了非对称编码具有很强的扩展性。研究发现, 非对称编码的信息量随信道非对称程度的提高而增大。

由于量子力学独特的性质，量子密钥协商理论上具有无条件安全性。设计了一个以四粒子团簇态为量子信源，通信双方分别进行联合Bell测量，并通过受控非门与Hadamard门进行编码操作，从而共享密钥的量子密钥协商协议。为应对传输过程中的退相干性，还使用了弱测量和量子测量翻转的方法。本文提出的密钥协商协议不仅具有应对各种参与者攻击与外部攻击的能力，还具有更高的通信效率。

提出了一种利用1个团簇态和3个贝尔态纠缠在一起的 特殊量子信道来进行不对称双向远程制备的理论方案。Alice和Bob既是远程量子信息的发送者, 也是接收者。Alice帮助Bob远程制备任意一个三粒子的纠缠态,同时Bob也帮助Alice远程制备一 个四粒子的团簇态。Alice和Bob分别利用与量子信道相匹配的正交测量基对量子位(1, 3, 5)位 和(8, b)位投影测量;接收方收到对方的测量结果后,对每一种测量结果进行与测量基相对应的幺 正变换操作,直接成功制备的概率为1/8。随后给出了提高成功制备概率的方法:选取特定的系数 取值,之后重复上述操作,完成任意三粒子纠缠态和四粒子团簇态的不对称双向远程制备。经过计 算和验证,对方案进行概率提升后,成功制备的概率可达100%, 系统的信息传送效率为36.84%。

在噪声信道上进行量子隐形传态的过程中,量子Cluster态(即团簇态)会发生消相干现象,造成隐形传态传输质量下降甚至传送信息失败。为克服该影响,本文提出了一种利用部分测量进行补偿优化的方法。首先分析了在五粒子团簇态所形成的量子信道上进行受控量子隐形传态的过程,然后推导了不同测量基下的量子坍塌态,最后成功接收发送方传送的信息。接下来,我们分析了在不同噪声信道上进行隐形传态对其性能的影响,并且依据部分测量的补偿机理提出保真度补偿的纠缠优化方法。仿真结果表明,相比于仅进行弱测量的纠缠补偿方法,本文使用的部分测量的方法可以实现更高的量子隐形传态保真度,此结论对提高噪声环境下的量子隐形传态保真度性能具有一定参考意义。

Zhao等提出利用一个八粒子团簇态作为量子信道,实现一个未知六粒子纠缠态的隐形传态方案, 他们的方案中发送方需要执行一个八粒子冯·诺依曼投影测量。对他们的方案进行了改进,利用一个四粒子团簇态作为量子信道 传送该未知六粒子纠缠态,发送方只需执行简单的门操作和单粒子测量,接收方执行适合的幺正操作并引入四个辅助粒子,就能完成隐形 传输的任务。在IBM公司的量子云计算平台上实现了所提出方案的原理验证。与之前的方案相比,所提出改进方案具有低资源消耗、 高传送效率和易于实验实现的优点。

为实现更经济的四粒子团簇态的概率隐形传输,提出了一种利用五粒子团簇态为量子信道的 隐形传态方案。基于解纠缠-隐形传输-重构纠缠方法,发送者在发送信息之前对信息态进行 一次控制非门操作和投影测量,将解纠缠的信息发送给接收者。在这个过程中发送者需要进 行2次Bell基联合测量和1次单粒子测量,接收者根据发送者的测量结果进行相应操作,得出 解纠缠的信息态。引入辅助粒子重构原始的未知信息态,信息传输成功的概率为4|a|2,提出的方案可以很好地应对一般窃听方式。

提出了一个利用五粒子团簇态实现的可控量子安全直接通信方案.在这一方案中，首先信息发送者Alice、信息接收者Bob和控制者Charlie共享由Alice制备的一有序序列团簇态作为量子信道；在确定量子信道的安全性以后，Alice制备编码量子态（Bell态）序列，然后通过对自己手中的粒子进行Bell基测量，接着Charlie对自己手中的粒子进行单粒子的测量，就能把信息传送给接收者Bob；最后，Bob测量自己手中的粒子，并通过分析三人的测量结果，从而获得Alice要传送的信息.在我们提出的方案中，携带信息的粒子不需要在公共信道上传输.该文中，我们给出了方案的安全性分析，证明了我们的方案是决定性的和安全的.在未来，我们的方案在以目前的实验技术为基础条件下很可能得到实现.

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.

提出一个基于第三方控制的量子双向传态方案:通信双方Alice、Bob和控制方Charlie事先共享 一个六粒子团簇态,通信开始后, Alice、Bob分别对自己拥有的部分粒子作Bell基联合测量(BSM), 若控制方同意双方通信,则对自己拥有的粒子对作测量,将粒子所处的态公布;通信双方根据控制方公 布的测量结果,对各自的某些粒子作适当的幺正变换,即可在这些粒子上重建对方要传的态。由于加入了 第三方的控制,双向传态的安全性得到了提高。

利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案, 实现了分布式 量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务 器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器 进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全 性分析。