标记单光子源下探测器死时间的量子密钥分配

考虑到当光子传输速率过高时,量子密钥分配协议在实际应用中会受到探测器死时间的影响,因此对基于标记单光子源协议的安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系进行了探究。首先,在考虑和不考虑探测器死时间这两种情况下,探究了安全密钥生成速率和探测器死时间之间的关系。结果表明:当光子传输速率过高时,探测器死时间的存在的确会影响安全密钥生成速率。进一步分析了不同探测器死时间下安全密钥速率的生成情况。结果表明:探测器死时间的取值越大,得到的安全密钥生成速率就越低,安全密钥生成速率的极限值和探测器死时间τ之间的关系为4.2/τ。

融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系

基于量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)的通信网络具备实现“perfect secrecy”(完美保密性)的能力,当前还不能满足大规模应用的需求,在实际应用中需要结合经典密码技术。提出了融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系的功能架构模型,介绍了模型的层次结构、核心的网元和功能模块以及接口关系,给出了应用体系的整体框架,介绍了框架的主要组成部分,描述了应用体系的典型应用场景及其工作流程。

基于多量子态的量子密钥分配

给出了量子密钥分配的基本原理,介绍了一个量子密钥分配协议,六态测量基加密量子密钥分配方案,总结了量子密钥分配协议的国内外实验成果。

背景光对星地量子密钥分配量子误码率的影响

量子误码率是量子密钥分配系统的重要参数之一。对于星地量子密钥分配,采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲作为单光子源,建立了由背景光引起的量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。针对轨道高度为300km的低轨卫星-地面站间链路,进行了数值仿真分析。研究表明,背景光是限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素之一,在低轨卫星-地面站间进行量子密钥分配是可行的。在白天,量子误码率的量级为10-3～10-2;在夜晚,满月时为10-4,新月时为10-6～10-5。

基于任意Bell态的量子密钥分配

为了提高量子密钥分配的安全性和效率,利用量子纠缠交换的规律,提出了基于纠缠交换的量子密钥分配协议。通信双方通过简单的Bell测量建立起共享密钥,窃听者不可能窃取密钥而不被发现。该协议与其它分配协议的不同在于,可以实现对任意两个Bell态进行Bell测量达到量子密钥分配的目的。协议的实现只需要EPR粒子对,而不需要制备多粒子纠缠态。分析结果表明,此协议只用到两粒子的纠缠态,不需要进行幺正操作,它不仅能够保证密钥分配的安全性,而且简单高效。

基于相位编码的高效量子密钥分配方案

提出了一种新的单向量子密钥分配方案.该方案利用光子的两列子波之间相位差关系形成的干涉结果进行编码,并且利用与干涉结果独立的光子偏振态进行窃听检测.并对该方案的效率和安全性进行了分析.理论分析表明,该方案的光子利用率为100%,而经典通信量仅约为BB84方案的一半,信息传输效率约为2n/(3n+4),高于BB84方案25%的效率值,随着传输光子数n的增大,效率值将趋近于66.7%.而且,该方案对于截获重发、测量重发、纠缠测量等常见的攻击,都具有很好的安全性.此外,对于现在的技术而言,该方案较易实现.

基于W态的网络中任意两个用户间量子密钥分配方案

针对实现网络中任意两个用户间密钥分配的问题,该文将W态变换为系数全部相同的对称形式,提出一种利用W态实现网络量子密钥分配的方案,即可信赖中心(CA)与网络中要求通信的任意两个用户分别拥有W态的3个粒子,CA对手中的粒子进行测量并公开测量结果,两个用户按照CA的不同测量结果采取相应的措施以生成密钥。继而,分别对存在窃听者(Eve)的情况以及CA不可信的情况进行安全性分析。结果表明,该方案能够有效抵御攻击,且可以实现平均消耗3个W态得到两比特密钥的理论效率。

基于预报单光子源的BB84诱惑态量子密钥分配研究

结合预报单光子源的量子密钥分配系统模型,介绍了三种典型的BB84诱惑态方案:主动诱惑态方案,被动诱惑态方案以及主动和被动诱惑态相结合的方案。结合数值仿真深入分析了三种方案在性能、实现难度等方面的优缺点。结论表明被动诱惑态思想可以进一步提高BB84诱惑态方案的密钥生成效率;BB84被动诱惑态方案(AYKI方案)由于无需主动制备诱惑态,所以实现最为简单,密钥分配速度快,且方案性能趋近于无穷诱惑态的理论极限值;主动和被动诱惑态相结合的方案性能虽然稍优于AYKI方案,但是改善空间很小。

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。

用三态粒子的直积态进行量子密钥分配及受控量子直接通讯(英文)

基于Bennett等提出的非纠缠的非局域性,提出了两个三态粒子的直积态正交集的性质．即用三个幺正变换能够实现不同的复合空间之间的转换,并且不同的复合空间之间具有关联性．这些性质可以被用于量子通讯和量子密码术．作为这些性质的应用,我们提出了一个量子密钥分配方案以及量子受控通讯的方案．由此说明,将三态粒子的直积态用于量子信息处理,不仅具有大容量、高效率的优点,而且能够保证安全性．

水下量子密钥分配的误码率和成码率

水下量子密钥分配可以为水下通信提供绝对安全的保密手段。水下量子密钥分配系统的误码率和成码率受到海水信道的光学性质、天气环境和通信系统硬件参数等的影响。本文从理论和实验上分析水下量子密钥分配的信道特性和系统硬件特性,估算其误码率和成码率,并给出系统参数的门限值,结果表明可在百米范围内进行绝对安全的水下量子密钥分配。

多用户量子密钥分配组网中的节点研究

研究了量子密钥分配组网方式和量子交换节点结构的现状,针对量子信号与同步光信号的同步问题,提出了一种多粒度的量子交换节点结构,并用软件进行了仿真验证。仿真结果表明,该结构能保证量子密钥分配网络的高效灵活运行。

基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配研究

针对量子中继器短时间内难以应用于长距离量子密钥分配系统的问题,提出了基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配协议,分析了其密钥生成率与存储效率、信道传输效率和安全传输距离等参数间的关系,研究了该协议中量子存储单元的退相干效应对最终密钥生成率的影响,比较了经典测量设备无关量子密钥分配协议和基于量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议的密钥生成率与安全传输距离的关系.仿真结果表明,添加量子存储单元后,协议的安全传输距离由无量子存储的216 km增加至500 km,且量子存储退相干效应带来的误码对最终的密钥生成率影响较小.实验中可以采取调节信号光强度的方式提高测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率,为实用量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.

1550nm单模光纤中的量子密钥分配

从实验中实现了红外波段的远程量子密钥分配。系统采用双不等臂M-Z干涉仪相位编码方式,工作波长为1550nm。通过分析量子密钥分配系统传输距离与误码率之间相互关系,给出了理论上理想不等臂M-Z系统与实际系统的最低误码率与传输距离间的关系,以及系统实测传输距离与误码率的关系。实验结果显示,本密钥分配系统已非常接近理想实验系统的性能。

用于可信任中继量子密钥分配网络的差异化服务提供机制(英文)

为了向用户提供差异化的密钥服务,研究了配备密钥池的可信任量子密钥分配网络.首先,理论分析了数据包时延和密钥池的关系,给出了具体关系式,指出带有密钥池缓存功能的量子密钥分配网络的平均数据包时延与密钥产生速率、密钥池的初始密钥长度、以及数据包的平均长度、到达时间和到达率密切相关.对比理论分析和软件仿真结果,验证了时延分析的正确性.其次,将密钥提供服务分为三类:保证提供型、优先提供型和尽力提供型,并提出了相应的技术实现方案,即提前预约、逐跳插队和逐跳排队;最后,仿真结果表明差异化密钥服务提供机制是有效的.

量子密钥分配协议在概率克隆/重发攻击下的安全性

该文基于概率克降理论提出了一种量子密钥分配协议的攻击策略,密钥攻击者通过概率克隆机将发送端发送的量子态进行概率克隆,并根据自已的结果重新产生一个新的量子态发送给接收端。理论计算证明了量子密钥分配协议在这种攻击策略下仍具有足够的安全性。在经典计算机上设计并仿真量子密钥分配过程,仿真结果与理论分析相吻合。

星地量子密钥分配中单光子捕获理论分析

基于TEM10模拉盖尔-高斯光束，推导了自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率表达式，分析了低轨卫星-地面站间链路的单光子捕获问题。结果表明，采用TEM10模拉盖尔-高斯型高度衰减激光脉冲作为单光子源，单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法，可使得卫星上接收机以最大概率捕获光子．单光子捕获概率一般在10^-1～10^-3量级．与基模高斯光束相比，采用TEM10模拉盖尔．高斯光束的优点是，不会由于卫星运动而产生单光子捕获概率的损耗。通过考虑大气湍流的影响，对单光子捕获概率的表达式进行了修正。

一种稳定的自由空间量子密钥分配实验系统

基于量子密钥分配的基本原理,采用B92方案,以单光子作为信息载体,使用极化编码,搭建了一个简单易行的实验装置,实现了自由空间传输的量子密钥分配,平均每脉冲光子数为0.1,粗码率12.7kbits/s,误码率4%左右。

利用贝尔测量的高效量子密钥分配协议

提出了一个建立在EPR关联之上的量子密钥分配协议。通信双方通过交换量子位和贝尔测量建立起共享的密钥,没有第三方可以窃取密钥而不被发现,因此该协议是安全的;该协议也是高效的,除了少数用作检错的量子位之外,所有的量子位都对密钥有贡献。

一种适用于量子密钥分配网络的组密钥协商方案

为了更好地在QKD(Quantum Key Distribution)中服务多用户组播通信,在量子密钥成对产生的特殊应用背景基础上,构建了组密钥协商模型,提出了一种基于分簇结构和二进制编码的组密钥协商方案.该方案消耗少量的端端量子密钥,经过安全协商,得到一致的组密钥.当新成员加入或者旧成员离开时,密钥更新快速易行.分析发现,该方案具有较好的安全性.