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。

量子密钥分发过程中编码技术专利研究

实现量子密钥分配QKD的第一个重要步骤就是对脉冲进行编码。本文以CNABS、DWPI数据库为主,从专利申请整体发展趋势、专利申请国家分布、各技术分支功效分析、技术演进路线等多个角度对量子密钥分配中编码领域的全球、中国专利申请情况进行分析。安全密钥率是衡量量子密钥分配QKD系统安全性和实用性的主要指标。系统每秒生成安全的最终码正比于系统重复率与每脉冲成码率,除了误码率和损耗率的影响,每脉冲成码率还取决于编码技术。

基于准单光子光源的非正交诱惑态量子密钥分配

基于准单光子光源HSPS(heralded single photon source),推导了非正交(SARG04)三诱惑态(真空态和2个弱光强态)量子密钥分配方案。为了降低实现难度,将2个弱光强态合并,提出了简化的二诱惑态方案(真空态和一个弱光强态)。此方案将主动诱惑态方案和被动诱惑态方案相结合,不舍弃接收者检测结果中发送端探测器没有响应的脉冲集合,而是用来估计参量和生成密钥。数值仿真表明,被动诱惑态思想的加入,提高了密钥生成效率;二诱惑态方案的密钥生成效率非常趋近于无穷诱惑态方案的理论极限值;在实现难度相同的条件下,SARG04协议的密钥生成效率和传输距离都高于BB84协议。

基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案

往返式离散调制连续变量量子密钥分发,无需使用两台独立的激光器也能本地生成本振光,并且信号光与本振光均来自于同一台激光器,在有效保证系统实际安全性的同时,具有较好的同频特性.此外,该方案与高效纠错码具有良好的兼容性,即使在低信噪比情况下也能获得较高的协商效率.然而,基于非可信信源模型的往返式光路结构存在较大的过噪声,严重限制离散调制方案的最大传输距离.针对这个问题,本文提出基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案,即在探测端部署非高斯态区分探测器,采用自适应测量方法并结合贝叶斯推论,可以在满足低于标准量子极限错误概率的情况下无条件区分出基于四态离散调制的四种非正交相干态.本文详细分析了所提出的基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案的安全性,包括渐近情况与有限长效应情况.仿真结果表明所提出的方案相比于原始方案,即使在有信源噪声的情况下,其密钥率与最大传输距离仍然有明显的提升.这些结果表明本方案能够有效降低往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案中非可信信源噪声对方案性能的负面影响,在保证系统实际安全性的同时,实现更高效、更远传输距离的量子密钥分发.

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。

简单的非正交诱惑态量子密钥分配方案

基于预报单光子光源,提出了一种实现简单的非正交一诱惑态方案。由于非正交编码协议需要估计参量的项数是BB 84协议的两倍,所以无法完全采用被动诱惑态方案来降低实现的难度。并考虑到实际应用中,激光器不能做到完全消光而无法制备真正的真空态。因此,将主动诱惑态思想和被动诱惑态思想相结合,把所需诱惑态减少为一个弱光强态。数值仿真表明,由于被动诱惑态思想的加入,非正交一诱惑态方案可以获得较高的密钥生成效率,安全传输距离较理论极限安全传输距离只少2.2 km;且相比于已经提出的非正交诱惑态方案,因为诱惑态数量的减少而更容易实现。

量子密钥分配系统中非线性偏振耦合的研究

受传输光纤非线性偏振影响,量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降,使形成偏振复用信号的抖动增强,系统的稳定性和安全性下降。为了提高量子光学中偏振编码技术的性能,经过理论分析和数值模拟,给出可操作性的实验方案,解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题。结果表明,在同等条件下,以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率,可增强偏振复用信号的稳定性,将系统传输容量提高61%。该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用。

基于非纠缠直积态的量子密钥分配协议

提出了一个基于非纠缠直积态的量子密钥分配协议.Alice和Bob它们双方通过做局部测量和交换量子位建立起相同的密钥.任何第三者窃取密钥不可能不被发现,所以该协议非常安全.该协议只需要非纠缠直积态,也不需要做复杂的量子操作和集体测量,因此,它非常容易在实际中实现.

基于量子相角的对称密码系统密钥分配规范

密钥分配规范是量子密码学的研究热点之一,并影响对称密码系统的性能。利用量子态的叠加性,提出一种能够缩短密钥长度和提高对称密码系统时间效率的基于量子相角的对称密码系统密钥分配规范,同时探讨一种新的基于量子相角的加密和解密方法,对于对称密码系统和量子密码学的研究具有积极意义。

对称噪声信道下利用多纠缠态实现量子密钥分配

研究了对称噪声信道下的量子密钥分配 (QuantumKeyDistribution ,QKD)过程 ,并得到了其误码率和信道保真度的关系式。基于量子态的局域区分原理 ,我们提出了使用“多纠缠态”进行噪声信道下的密钥分配的新方案。应用这个新方案 ,我们可以获得和在理想无噪声信道下使用最大纠缠态 (四个Bell态之一 )进行QKD一样好的结果。

一种新型基于密钥循环的半量子多方认证盲量子计算方案

为了满足量子容量有限的客户端对大量量子计算的需求,盲量子计算应运而生,它可以实现客户端与量子计算机之间的远程交互,从而确保信息传输的安全。提出了一种新的多方认证盲量子计算,它可以回收使用预共享密钥,进而使用BQC(blindquantumcomputing)的量子密钥回收功能来提高量子资源的利用效率。在BQC协议中,有4种参与者:客户端、服务器、负载平衡器和半诚实证书颁发机构(certificateauthority,CA)。包括了2个阶段:密钥分发和盲量子计算。在第1阶段,负载平衡器在证书颁发机构的帮助下完成身份验证和密钥分发,并回收可再次用于协议的下一个新实例的密钥。在第2阶段,盲量子计算使客户端能够仅通过测量来自服务器的量子比特来完成计算任务,而无须准备量子比特。客户端可以使用服务器来测量以完成计算。与传统的BQC协议相比,提出的量子密钥回收协议可以大大提高密钥分发和重用的效率,在论文的效率分析部分对此进行了证明。

非平衡选基六态量子密钥分配协议安全性研究

针对六态QKD协议在非平衡选基条件下的协议效率以及最终的安全密钥率进行了研究。基于Renner提出的协议安全性证明理论分析了六态QKD协议非平衡选基的过程,推导出在非平衡选基条件下协议的最终安全密钥率公式,得出了两种选基概率对有效密钥率的影响。在此基础上,给出了非平衡选基六态QKD协议效率和最终的安全密钥率。所获得的分析结果可以有效提高协议的最终成码率,并可以直接应用在实际量子密码系统中。

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。

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。

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。

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.

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．

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。