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一種旨在提升量子傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私性的新提議協(xié)議
來源:作者:英格麗德・法德利(Ingrid Fadelli),Phys.org網(wǎng)站 發(fā)表于 2025/2/18


量子傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖:未知參數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中呈空間分布狀態(tài)。從計量學(xué)角度來看,目標是估計這些參數(shù)的一個函數(shù),比如它們的平均值。隱私概念也被納入考量,以防范惡意對手。圖片來源:哈桑尼(Hassani)等人


利用量子力學(xué)效應(yīng)的設(shè)備,廣義上被稱為量子技術(shù),或許能助力更快速、高效地解決一些現(xiàn)實世界的問題。近年來,物理學(xué)家和工程師們已推出了多種頗具前景的量子技術(shù),其中就包括所謂的量子傳感器。


從理論上講,量子傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于極其精確地測量特定參數(shù)。這些網(wǎng)絡(luò)利用了一種被稱為 “糾纏” 的量子現(xiàn)象,該現(xiàn)象意味著粒子之間存在一種持續(xù)的關(guān)聯(lián),使得它們即便相隔一定距離,也能瞬間相互共享信息。


盡管量子傳感器網(wǎng)絡(luò)(QSNs)在現(xiàn)實世界中可能有諸多有益的應(yīng)用,但其有效部署還依賴于能否確保傳感器之間共享的信息保持私密,且不被惡意的第三方獲取。


索邦大學(xué)的研究人員在發(fā)表于《物理評論快報》的一篇論文中,提出了一種新協(xié)議,該協(xié)議有助于增強聯(lián)網(wǎng)量子傳感器之間共享信息的隱私性。


論文的第一作者馬吉德・哈桑尼(Majid Hasani)告訴Phys.org網(wǎng)站:“在更廣泛的量子傳感領(lǐng)域中,聯(lián)網(wǎng)傳感是一個很有前景的研究方向。鑒于必然會存在惡意對手攔截量子信道以獲取某些信息的情況,我們著手設(shè)計一種私密協(xié)議,使得人們能夠在不泄露任何信息的情況下估計未知參數(shù)。”


哈桑尼及其同事設(shè)計的新協(xié)議依賴于一種已確立的數(shù)學(xué)工具,即量子費希爾信息矩陣(QFIM)。本質(zhì)上,這個矩陣用于量化與量子測量設(shè)備或過程相關(guān)的參數(shù)估計的精度。


哈桑尼解釋道:“量子費希爾信息矩陣在量子計量學(xué)和傳感領(lǐng)域是一個廣為人知的量,它量化了在所有可能的測量中,關(guān)于已知參數(shù)可提取的最大信息量,并為估計精度設(shè)定了下限。這個矩陣的數(shù)學(xué)性質(zhì),比如其元素之間的連續(xù)性關(guān)系,使我們能夠構(gòu)建一個私密協(xié)議。”


從本質(zhì)上講,哈桑尼及其同事提出的協(xié)議包括操控量子費希爾信息矩陣,以識別量子傳感器網(wǎng)絡(luò)中能最大限度提升隱私性的量子態(tài)。他們的論文還引入了 “準隱私(𝜀- 隱私)” 的概念,這是一種衡量量子態(tài)與確保 “完美隱私” 接近程度的指標。


為了說明他們協(xié)議的潛力,研究人員給出了一個該協(xié)議如何應(yīng)用于量子傳感器網(wǎng)絡(luò)的示例。在他們概述的示例中,量子傳感器網(wǎng)絡(luò)專門用于估計未知參數(shù)的平均值,并且該團隊展示了他們的協(xié)議如何提升隱私性。


哈桑尼表示:“所提出的方法提供了一種系統(tǒng)的方式,來構(gòu)建一個能從網(wǎng)絡(luò)中提取可調(diào)節(jié)信息量的協(xié)議。這種可調(diào)節(jié)性使我們能夠控制信息泄露,從而保護我們的信息不被惡意對手獲取!


到目前為止,新提出的隱私協(xié)議僅在理論上得到了論證,不過哈桑尼及其同事很快希望能在實驗環(huán)境中實施并測試該協(xié)議。未來,他們的努力可能會推動安全量子傳感和通信的實現(xiàn)。


哈桑尼補充道:“我們的下一步將是在實驗中實施該協(xié)議。與我們的合作者正在進行的這個項目,對于現(xiàn)實生活中量子傳感器的發(fā)展至關(guān)重要。”


更多信息:馬吉德・哈桑尼(Majid Hassani)等人,《量子傳感器網(wǎng)絡(luò)中的隱私性》,《物理評論快報》(2025 年)。DOI:10.1103/PhysRevLett.134.030802。發(fā)表于 arXiv:DOI:10.48550/arxiv.2408.01711


期刊信息:《物理評論快報》,arXiv


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