In this paper, we introduce a novel quantum voting protocol that leverages quantum superposition and entanglement to achieve secure, anonymous voting in both centralized and distributed settings. Our approach utilizes phase-flip encoding on entangled candidate states, where votes are recorded as controlled phase operations conditioned on voter identity registers. The protocol employs a simplified tallying mechanism based on candidate register measurements. We provide comprehensive mathematical formulations for a centralized single-machine model suitable for local voting systems, and a distributed quantum channel model enabling remote voting with enhanced security through entanglement verification. The efficiency of the protocol stems from its use of basic quantum gates (Hadamard and controlled-Z) and its ability to count votes through quantum measurements rather than iterative classical counting. We demonstrate the practicality of the protocol through examples with 4 voters (2 candidates) and 8 voters (3 candidates), showing exact probability preservation and correct vote tallying. The protocol ensures voter anonymity through quantum superposition, prevents double-voting through entanglement mechanisms, and can offer speedup potential for large-scale elections.


翻译:本文提出了一种新型量子投票协议,该协议利用量子叠加与纠缠特性,在集中式与分布式场景下实现安全匿名投票。我们的方法通过对纠缠候选态进行相位翻转编码,将投票记录为以选民身份寄存器为条件的受控相位操作。该协议采用基于候选寄存器测量的简化计票机制。我们为适用于本地投票系统的集中式单机模型提供了完整的数学表述,并构建了分布式量子信道模型,该模型通过纠缠验证实现具备增强安全性的远程投票。协议的高效性源于其对基本量子门(Hadamard门与受控Z门)的运用,以及通过量子测量而非迭代经典计数进行计票的能力。我们通过4位选民(2名候选人)和8位选民(3名候选人)的实例证明了协议的实际可行性,展示了精确的概率保持与正确的计票结果。该协议通过量子叠加确保选民匿名性,利用纠缠机制防止重复投票,并具备为大规模选举提供加速潜力的可能。

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