相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议

提出一种相位调制无关的改进测量设备无关量子密钥分配协议,在实际系统中通信双方 参考系随时间相对缓慢移动的条件下,该协议不需要添加辅助校准系统来补偿相位漂移,降 低了系统的复杂性。文章分析了相位调制无关的测量设备无关量子密钥分配协议在弱相干光 源及参量下转换光源下的安全密钥生成率和最大安全传输距离,并进一步探究了有限密钥长 度引起的统计波动问题对安全密钥率的影响。仿真结果表明,该协议的最大安全传输距离接 近经典协议的最大安全传输距离。同时,考虑统计波动的影响,当达到相近的最大传输距离 时,本文协议所需的脉冲数比传统协议低约5个数量级,进一步提高了系统效率。     

基于指示单光子源和轨道角动量的密钥分配协议的波动分析

针对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配协议存在基的依赖性问题和信源统计波动问题,研究了基于服从泊松分布的指示单光子源和轨道角动量的量子密钥分配协议,并进行了统计波动分析。分析了对称信道和非对称信道下,该协议的单边传输效率、密钥生成速率与安全传输距离的关系,模拟了信源的统计波动对该协议密钥生成速率和传输距离的影响。仿真结果表明,应用轨道角动量编码解决了该协议基的依赖性问题,提高了密钥生成速率和安全传输距离。统计波动对该协议密钥生成速率的影响随着传输距离的增大而扩大,在脉冲数量相同时,非对称信道下的密钥生成速率、安全传输距离大于对称信道下的。     

基于奇相干光源和轨道角动量的量子密钥分配协议

针对基于弱相干光源(WCS)和轨道角动量(OAM)的测量设备无关量子密钥分配(MDI-QKD)协议的密钥生成率较低的问题,研究了基于奇相干光源(OCS)和OAM的MDI-QKD协议,并对其性能参数进行了分析。分析了密钥生成率、探测器的品质因子与安全传输距离之间的关系,并对比了基于OCS和OAM的MDI-QKD协议与基于WCS和OAM的MDI-QKD协议的性能优劣。仿真结果表明,随着安全传输距离的增大,密钥生成率减小。采用OCS大大减少了多光子脉冲数,弥补了WCS的不足,而采用OAM解决了基的依赖性缺陷问题,从而增大了最大安全传输的距离,该研究为实用的量子密钥分配协议提供了重要的理论参考。     

基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配

提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案的影响。仿真结果表明,在指示单光子源下,量子存储的实际相干时间增加,使得系统的安全传输距离增大,且量子退相干效应对最终的密钥生成率的影响微弱。     

一种基于量子纠错编码的量子密钥分配协议

量子加密从物理机制上保证了密钥分配的绝对安全,然而由于量子密钥分配过程中量子信道存在噪声,使得传输效率不高的量子密钥分配效率进一步降低。量子低密度奇偶校验(量子LDPC)码由于在码长和码率的选择方面具有巨大的灵活性,且信赖于稀疏图,已成为目前量子纠错编码的研究热点。该文借鉴经典纠错编码能够提高传输可靠性的特性,针对BB84协议,设计一种基于量子LDPC码的BB84协议。通过数值仿真,分析量子LDPC码对BB84协议的密钥传输效率的影响。结果表明基于量子纠错码的BB84协议的密钥传输效率得到提高,验证了在含噪量子信道中基于量子LDPC码的量子密钥分配协议的有效性。     

一种B92协议量子电路设计与仿真

量子安全通信作为量子信息的重要分支之一,是量子力学在通信领域极为重要的应用.着重研究B92量子密钥分配协议的量子电路模型及其后续仿真,基于Qcircuit仿真软件设计出一种全新的B92量子密钥分配协议的量子电路模型,通过引入误码率(BER)和协议可靠率Υsec两个指标,仿真分析了在不同噪声信道模型下B92量子密钥分配协议的有效性和安全性.仿真结果表明,这种全新的电路设计实现了B92密钥分配协议的功能,并具有普遍意义,可运用于构造其他密钥分配协议的量子电路模型.     

基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案

目前量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现高码率、远距离的量子密钥传输。为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率,将双探测器量子密钥分发方案应用于BBM92协议,并分别在理想纠缠光源,和参量下转换纠缠光源两种情况下进行了数值仿真。对系统性能进行对比后得出：在BBM92协议中利用双探测器,量子密钥分发系统的密钥生成率明显高于单探测器系统,而误码率大幅度低于单探测器系统。理想光源情况下传输距离可扩展到300km,参量下转换光源的情况下,传输距离也可达250km。     

基于测量设备无关协议的量子身份认证方案

借助测量设备无关量子密钥分配协议的安全性,提出了测量设备无关的量子身份认证协议。在此协议下,认证中心和认证方以共享密钥加密认证信息和认证密钥,将其发送至第三方进行贝尔态测量以提取安全的认证信息,实现认证中心对认证方有效认证,并更新共享密钥。分析协议性能显示,系统在不同攻击下认证过程是安全且有效的。     

理论意义上安全的密钥分配协议

理论意义上安全的密钥分配协议是近几年研究的热点,已经研究多时的量子密钥分配协议也可以归结为理论意义上安全的密钥分配协议.一旦理解了它,就可以从更高的角度来理解量子密钥分配协议.它也提出了如何用经典的办法来达到量子密钥分配的安全性以及其局限性.现就理论意义上安全的密钥分配协议进行了总结.     

飞行中继平台的MDI-QKD应用性能

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）技术的应用领域不断拓宽,其良好的安全保密性能可以有效应对通信安全威胁,在航空通信领域,基于航空飞行平台应用量子密钥分发技术有望大幅提升航空通信系统安全性级别,为局部地区保密通信提供可靠保障,进一步提高区域安全通信保障能力。针对非对称传输效率测量设备无关量子密钥分发（Measurement Device Independent QKD, MDI-QKD）协议在机载条件下的应用问题,在以飞行平台作为测量节点的测量设备无关量子密钥分发技术应用场景下,应用诱骗态协议建立了仿真分析模型,分析了气象条件、飞行高度对系统仿真性能的影响。仿真实验结果表明,在15 km能见度的晴朗天气下,在无人机常用高度飞行的空中移动平台应用诱骗态测量设备无关量子密钥分发协议可以提供作战通信保障,在较远距离通信中存在通信盲区和飞行平台运动限制。同时证明了优化选择信号光源光脉冲强度方案可以有效提高通信能力。实验及分析为量子密钥分发技术在飞行平台上的后续研究和实际应用提供了理论分析基础和优化方法。     

Quantum Key Distribution Based on Entangled States and Non-Orthogonal States

In this paper two Quantum Key Distribution(QKD)protocols are proposed,which combined BB84 protocoland EPR protocol subtly.In our protocols,entangled particles and non-orthogonal particles are mixed together and trans-mitted in the quantum channel.They play different roles respectively,and their physical characters are fully exploited.As a result,the efficiency of QKD is improved and identity authentication is added to the QKD procedure.     

高速量子密钥分配技术研究

研究了实现高速量子密钥分配的关键技术,提出了一种实用的中继方案,实现真正意义上的一次一密度高速远程通信。     

粤港澳大湾区量子保密通信与量子网络发展战略

量子保密通信与量子网络作为战略性前沿技术,与国家安全和前瞻性技术战略关系密切,具有广泛应用的潜力。简要综述量子保密通信与量子网络的研究进展以及产业基础,分析国际量子科技战略,提出遵循粤港澳大湾区发展创新驱动、改革引领的基本原则,集聚国际创新资源,攻关量子网络的基础科学和若干实用关键技术,规划部署粤港澳大湾区量子干线和制定QKD量子网络评估策略,有助于打造湾区国际量子创新高地及培育具有国际竞争力的量子保密通信与量子计算现代产业体系。     

量子密钥分发系统的现实无条件安全性

量子密钥分发系统由于能够提供一种物理上安全的密钥分发方式,因此成为量子信息领域的研究热点,其中如何在现实条件下保证量子密钥分发的无条件安全性是该领域的一个重要研究课题。本文从经典保密通信系统中具有完善保密性的一次一密体制出发,介绍了量子密钥分发系统的应用模型和整体保密通信系统的安全性基础,以及自量子密钥分发协议被提出以来量子密钥传输现实无条件安全性的研究进展,重点介绍了针对现实条件安全漏洞的各种类型的量子黑客攻击方案、防御方式,以及最近两年被广泛重视的与测量设备无关的量子密钥分发系统的理论和实验进展。     

基于最小二乘法的相位编码QKD中的主动相位补偿

为解决相位编码的量子通讯系统中量子密钥相位漂移问题,以降低量子密钥分发(QKD),系统的误码率,克服已有算法存在的计算量大、测量精度低和复杂度高等问题,提出了基于最小二乘的主动相位补偿算法,可在单光子情况下通过扫描少量相位点,应用最小二乘法,即可获得较高精度的相位补偿。实验仿真表明,本文算法可以在较短的时间内得到相位漂移参数并进行实时主动补偿,提高了QKD系统的运行效率和性能。     

基于USB的量子密钥分发系统中高速数据通道的设计

提出了一种量子密钥分发(QKD,quantum key distribution)系统中高速数据通道的设计方案—基于通用串行总线(USB,universal serial bus)的数据通道。通过对QKD系统中经典信道数据带宽的分析,设计了USB数据通道方案,并通过USB的速度的测试给出合适的USB参数。实验表明,此数据通道可以适应光子发射频率为20 MHz的QKD系统,且在带宽方面有很大的余量,可以适应后续QKD系统速度提升的需求。     

一个新奇的无条件安全的量子密码分发协议

提出了一个基于纠缠交换理论犤2～4犦的量子密钥分发协议。安全性分析证明此QKD协议是无条件安全,而且十分有效。     

单光子双比特量子密钥分发量子误码分析

对基于偏振-相位混合调制的单光子双比特方案进行了分析和改进。建立了偏振态输入输出模型,从理论分析了光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉环对偏振态的影响,仿真分析了偏振基矢与快慢轴对准误差以及快慢轴相位差引入的偏振编码量子误码率(BER),进而推导出了偏振-相位混合调制的光子偏振态保持条件。偏振编码的量子误码率受到M-Z干涉仪的影响非常大。理论分析表明,偏振态的抖动不仅来源于光纤的折射率,还受到偏振态未对准光纤快慢轴的影响。给出了一些重要的偏振态保持条件。仿真表明当ρ和θ小于0.2rad,偏振态量子误码率小于0.015,当ρ和θ小于0.4rad时,偏振态量子误码率小于0.06。这对于单光子双比特的量子密钥系统的误码率(<11%)要求来说,2%～5%的误码率是能够接受的。     

用国产光纤器件为量子密钥传送建立网络

量子密钥传产达可以从根本上解决密钥传送,分配过程中的安全问题,其安全发现上物理学的基本原理来保证。光纤信道是目前除了自由空间艰外唯一能够实用的量子信道。本文提出了一个用通用国产光纤通信器件建立量子密钥收发单元的实用方案,并用此收发单元建立了点对点的光纤量子信道和一对多的光纤量子密钥网络。实测此收发单元完全达到设计要求。     

基于FPGA的SER/DES在量子密码通讯中的应用

在远距离量子密钥分发(QKD)系统中,使用基于场可编程门阵列(FPGA,field programmable gatearray)的串行器/解串器(SER/DES,serializer/deserializer)技术完成了500 Mbit/s的量子传输速率,利用低频(2 MHz)的同步信号完成对发射方和接收方的同步。根据QKD实验的需要,完成了信号甄别、伪随机数产生器、时间同步和数据编码等功能,成功搭建了基于诱骗态的远距离QKD系统。