本文是一篇计算机应用论文，本论文对量子接入控制、量子跨链交易、新型量子货币、量子支付方案等进行了初步探索和总结，并提出了可实施的、安全性与性能均衡的应用协议。
第1章 引 言
1.1 研究目的与意义
量子技术是近年来和未来的热点之一。它可以实现无条件的安全性和不可克隆性，这使得它可以广泛应用于各个方面[1]。量子技术将极大地改变未来的生活，随着新技术的飞速发展和人类社会的全面信息化，加快建设强信任、强控制、强保护的安全环境已成为必然要求。20世纪80年代提出量子计算机[2]的概念以来，量子计算的机制与模型不断完善。随着量子计算机技术的迅速发展，目前广泛使用的密码系统受到了很大的威胁[3]。量子密码学的主要特点是不受任何外部干扰的可探测性和易于实现的无条件安全性[4-6]，这取决于量子系统的固有特性：不确定性和非克隆性。
量子技术是一种基于量子力学原理的前沿技术，具有超越传统计算能力的潜力。传统计算机在解决某些复杂的金融计算[7]和密码学问题时存在着局限性。而量子计算机利用量子比特的并行计算和量子纠缠的特性，可以在较短的时间内处理大规模和高复杂度的计算问题，提高计算速度和精度，这对于金融领域中的风险评估、优化投资组合、高频交易等具有重要意义。区块链技术作为一种去中心化的分布式账本技术，为金融交易提供了可追溯、不可篡改的特性。传统密码学算法可能会受到量子计算机的攻击，通过研究量子密码学和量子安全通信技术，可以提高区块链系统的安全性，保护金融交易的机密性和完整性。量子加密货币技术可以构建更安全的数字货币[8]体系。通过研究和应用量子技术，可以探索新型金融模型和工具，推动金融领域的创新和发展。将量子技术与金融、区块链等领域相结合，需要金融专业知识与量子物理学、量子算法等领域的交叉合作，跨界合作不仅能够推动量子技术的发展，还能够促进金融领域的创新和进步。
1.2研究现状
量子货币的概念是由Stephen Wiesner[9]在1969年左右提出的，开创了量子密码的先河，在密码学史上具有划时代的意义。针对不同的任务，目前已经有许多量子解决方案，如量子密钥分发(QKD)[10]、量子密钥协议(QKA)[11]、量子合约[12]、量子安全直接通信(QSDC)、确定性安全量子通信(DSQC)[13]、量子电子商务[14]、量子对话[15]。自1984年Bennet等人[16]提出第一个QKD协议以来，已经提出了许多QKD协议。这主要包括离散变量(DV)和连续变量(CV)的关键信息编码[17]。研究人员目前的努力还包括减少量子使用量和提高其实用性的方法[18-21]。
半量子技术的出现，在一定程度上增加了量子技术的实用性。它使用更少的量子资源，需要更少的用户量子能力。半量子通信由M. Boyer[22]等于2007年提出。半量子用户的能力将受到限制，因此他们无法进行复杂的量子运算。半量子用户仅限于以下功能[23,24]: 1.以Z基测量量子位元；2.以Z基制备量子位元；3.对接收到的量子位元重新排序；4.不受任何干扰地反射量子位元。半量子模型可能具有独特的优势，允许潜在的更便宜的设备。2009年，Boyer等提出了另一种半量子密钥分发协议[25]，该协议采用了置换操作，而不是度量和重发。此后，许多学者提出了半量子协议[26-30]。
针对量子技术的特性，随着万物互联(IOE)的出现[31]，从过去以速率为中心的增强型移动宽带服务向超可靠、低延迟通信(URLLC)转变。尽管5G在速度等各个方面都有了巨大的进步，但其提供未来智慧城市IOE应用的能力仍值得商榷。新的IOE服务正以前所未有的速度激增。它需要在上行和下行链路上同时支持异构设备的高可靠性、低延迟和高数据速率。6G将由过去的高速、致密化和今天的人工智能[32]、智慧城市的融合推动。Xu讨论了基于多种场景的6G资源管理和共享的区块链潜力[33]。
第2章 基础理论
2.1 Bell态基础理论
在本节中，首先介绍有关贝尔测量的一些特性。四种贝尔态[49]可以表示为
3.1前期相关工作
3.1.1 无线 6G的概念
未来对无线网络容量的要求将继续增加 1000倍，不仅是更高的速度，还有 URLLC。虽然目前市场上的 5G 系统可以轻松支持基本的物联网和 URLLC 服务（如工厂自动化），但它们是否能够提供未来的智慧城市物联网应用还值得商榷。需要一个原则性的可扩展框架来考虑延迟、可靠性、数据包大小、架构、拓扑（跨接入、边缘和核心）以及不确定情况下的决策[53]。
为了更好地满足未来无线网络的需求，6G 系统必须为异构设备的上行链路和下行链路提供高可靠性、低延迟和高数据速率。新兴的万物互联服务（包括人工智能、虚拟现实、远程医疗、智慧城市等）也需要端到端的通信、控制和计算功能协同设计。
6G 的主要要求或挑战包括以下几点。
(1) 超低延迟： 扩展现实（XR）服务（包括增强现实、混合现实和虚拟现实（AR/MR/VR））需要捕捉更多的感官输入，以提供身临其境的 XR 体验[54]，这就需要更少的延迟，从而提供更好的服务。
(2) 高可靠性：数以亿计的设备或节点将加入 6G 网络，如何确保每个节点的数据安全，同时保持所有节点之间的可信资源共享将是一个巨大的挑战。6G 网络在访问控制、数据交换、隐私保护和身份验证方面也面临着许多安全问题，考虑到 6G 网络的异构性和密度增加，这些问题比 5G 要求更高。
(3) 可扩展性： 由于实施了 IOE，6G 网络必须具有高度的可扩展性，以灵活处理单个设备之间的协同操作，因为大量节点将加入或退出网络。
第3章 基于区块链的半量子6G网络接入协议 ............................ 9
3.1前期相关工作 ............................ 9
3.1.1 无线 6G的概念 ........................... 9
3.1.2身份可信度 ............................. 9
第4章 与测量设备无关的跨链交易量子密钥分发方法 .................. 17
4.1前期相关工作 ...................... 17
4.1.1 符号及定义 ....................... 17
4.1.2 测量装置独立的量子密钥分配 .................. 17
第5章 新型量子现金结构与协议 ...................... 26
5.1 前期相关工作 ......................... 26
5.1.1 符号及定义 ............................ 26
5.1.2 量子闪电 ........................ 26
第6章 基于区块链的轻型半量子支付方案
6.2协议主要内容
协议有五个参与者（如图6.1所示）：Alice是客户，Merchant是商家，Bank1和Bank2分别是他们的代理银行，Trent是第三方（购物平台）。
在本次交易中，Alice和Merchant通过第三方支付平台进行交易。Alice和Merchant协商交易细节，并将其分为两部分，分别用1M和2M表示，1M包含Merchant在其代理Bank2中的账户信息和转账金额，2M包含其他人看不到的购买信息的详细信息。Alice将1M发送给Trent，并将哈希代码2h(M)写入区块链。Trent将1M发送到Bank1，并将T写入区块链。Bank1确认交易的付款，并将其与B（即后来的协议中的T和B）写入区块链。Merchant收到交易付款后，将与Alice确认交易。如果没有错误，Merchant将把交易的付款写入区块链，如果Bank1和Merchant写入的交易的付款相同，区块链将执行智能合约。最后Bank2会告诉Merchant付款已经收到。
第7章 总结与展望
随着量子技术的迅速发展，学术界和工业界越来越关注计算金融与量子技术的结合，为了将量子技术应用于金融领域，本论文对量子接入控制、量子跨链交易、新型量子货币、量子支付方案等进行了初步探索和总结，并提出了可实施的、安全性与性能均衡的应用协议。
在第3章中，结合6G网络和未来智慧城市的特征，本论文利用半量子技术，以确保易实现和无条件安全为双重优势。第4章探索了可信、安全、高效的交易方案，促进跨区块链交易的发展。在第5章中，本论文提出了基于量子货币的交易应用，将量子货币与区块链结合起来，增加了量子货币的安全性。第6章提出了一种基于区块链的轻量级半量子电子支付协议，利用受控量子隐形传态和三量子比特纠缠态，保证了协议的匿名性和可行性。
区块链技术已经成为继物联网、大数据、云计算之后的又一项颠覆性前沿技术，它涉及到密码学、计算机科学、博弈论、数学等多个学科领域。随着区块链技术在供应链金融、供应链溯源等场景的深入应用，对不同场景之间的融合需求越来越大，跨链之间的价值流通和应用协同需求日益显现。跨链技术已经成为构建价值网络高速公路的核心关键技术。随着量子技术和区块链技术的持续探索，未来必将形成多链互连共生的区块链生态圈，对区块链的要求也将越来越高。
近期，学者们还研究了如何利用量子技术制作电子现金，通过结合区块链和量子技术，构建易铸造、易验证的货币将极大地推动电子支付的变革，此外半量子技术可以更好地将新兴技术应用于日常生活。本论文通过结合Bell态、GHZ态以及6G与区块链等技术，提出了一系列相较于之前更安全便捷的协议，未来的研究方向之一是根据各个领域的特点，更好地利用适当的量子资源设计更高效的量子协议。 本文的目标是在前人研究的基础上，提出更
