相位匹配量子密钥分发协议统计波动分析

相位匹配协议是双场量子密钥分发协议的一种,能突破密钥容量限制且安全性得到了理论和实践的证明。针对实际应用中数据有限长效应产生的不良影响,系统地分析了相位匹配协议统计波动性能;利用高斯分析和切诺夫−霍夫丁界等统计波动分析方法,结合线性规划对相关参数进行估计,分别对不同数据长度情况下三诱骗态及二诱骗态相位匹配协议的性能进行了仿真分析。仿真结果表明:考虑统计波动的相位匹配协议仍能突破线性密钥容量的限制,在数据长度达到10^(16)量级时,密钥生成率和最大安全传输距离均接近理想值;在数据长度小于等于10^(13)时,增加诱骗态并不能显著提升相位匹配协议性能;随着数据长度的增加,采用切诺夫−霍夫丁界系统性能逐渐趋近采用高斯分析法的系统性能。

二诱骗态相位匹配量子密钥分发方案

相位匹配协议是最近被提出的一种能突破密钥容量的量子密钥分发协议,其安全性得到了理论和实践的证明。针对实际应用中光源的非理想性,基于弱相干态光源,提出了一种二诱骗态相位匹配量子密钥分发方案。该方案在简化参量计算式的同时,仅采用2个诱骗态(真空+弱诱骗态)对求解最终密钥生成率的必要参数进行了估计;随后以光纤信道为背景,对该方案在理想及统计波动情况下的性能进行了仿真分析。仿真结果表明:在同等诱骗态数目条件下,二诱骗态相位匹配方案能突破密钥容量的限制,密钥生成效率及最大传输距离均优于BB84协议、测量设备无关协议等;在密钥生成效率及最大传输距离两个性能指标上,理想情况下二诱骗态方案接近已有的三诱骗态方案,但在考虑实际统计波动且数据量小于10^(14)时二诱骗态方案反而更优。

基于弱相干态光源的相位匹配诱骗态量子密钥分配方案

基于弱相干态光源,提出了一种相位匹配三诱骗态量子密钥分配方案,对相关计数率和误码率进行了估计,并采用切诺夫界的统计分析方法对该方案在有限数据长度条件下的传输性能进行了分析。仿真结果表明:相位匹配三诱骗态量子密钥分配方案最大安全传输距离可达521 km,趋近于无穷诱骗态相位匹配协议的理论极限值536 km;随着数据长度的下降,方案传输性能有所下降,但是即使数据长度下降至10~7,其最大安全传输距离仍然可达502 km。

基于预报单光子源的相位匹配被动诱骗态量子密钥分配

基于预报单光子源,提出了一种相位匹配被动诱骗态量子密钥分配方案。在此方案中,通信双方仅需各产生单个强度的信号。根据通信双方本地探测器的响应情况,第三方的探测结果被分为四个集合,既起到信号态和诱骗态的作用,又共同参与参数估计和密钥生成,降低了系统实现的难度并改善了方案性能。仿真结果表明:相位匹配被动诱骗态方案的最大安全传输距离可达到552 km,性能趋近于现有的相位匹配主动诱骗态方案,且无需主动产生诱骗态;在一定程度上克服了相位匹配主动诱骗态方案严重依赖探测器探测效率的缺陷,性能更为稳定;随着数据长度的下降,方案的传输性能有所下降,但数据长度即使下降至10~7,方案的最大安全传输距离依然可以达到507 km。