基于连续变量的经典-量子信息共信道同传系统拉曼散射影响分析

经典-量子共信道同传是量子保密通信关键应用技术之一,其能够解决当前量子信息与经典信息需不同光纤分别传输的难点问题,可显著降低应用成本。本文针对基于波分复用技术的连续变量量子密钥与经典信息同传的方案,定量分析了系统拉曼散射噪声特性,在前向和后向两种不同经典信息传输模式下,仿真对比研究了拉曼散射噪声对系统安全密钥率的影响。结果表明：经典信息采用前向传输模式时系统安全密钥率明显大于后向传输模式;在固定信道输入功率时,短距离通信时拉曼散射噪声对安全密钥率的影响较小,随距离的增长,拉曼噪声影响不可忽略;在固定通信距离时,在一定数值范围内的额外噪声对系统的安全密钥率影响较小,在L=50km时,此数值为0.07N0 。     

用复合波分复用器在单模光纤上搭载量子的信道

量子密码术的密码安全性由量子力学的基本原理保证而不依赖于计算复杂性,是极具应用前景的交叉学科,如何建立廉价高效的量子信道是量子密码术走向实用的关键问题之一,由于电信系统中使用的ＷＤＭ不能满足量子信道的使用要求,本文首先提出了用复全波分复用器法在电信光缆上搭载量子密钥信道的方法,并用实验证明其可行性。     

用复合波分复用器在单模光纤上搭载量子信道

量子密码术的密码安全性由量子力学的基本原理保证而不依赖于计算复杂性,是极具应用前景的交叉学科,如何建立廉价高效的量子信道是量子密码术走向实用的关键问题之一.由于电信系统中使用的WDM不能满足量子信道的使用要求,本文首先提出了用复合波分复用器法在普通电信光缆上搭载量子密钥信道的方法,并用实验证明其可行性.     

只用两个量子态的星型量子密钥网络方案

要建立一个安全的保密通信通道,关键就是密钥管理。传统的密钥管理并不能完全解决安全问题,量子密码技术却可以从根本上解决这个问题。本文从实用的角度提出一个基于无源光学网络环境中建立量子密钥的实用方案,这个方法可以由一个网络控制者在一个星型网络上和多个网络用户分别建立、更新密钥。为节约量子探测设备,和通常用四个量子态的保密通信方案相比,这个方案只用了两个量子态。本文还分析了在网络的各个位置上存在窃听时网络的安全性能。     

自由空间量子密钥分配协议研究

针对自由空间量子信道特点,对已有量子密钥分配协议加以改进,提出自由空间量子密钥分配协议。将瞄准捕获跟踪和单光子捕获加入到协议之中,使得自由空间量子密钥分配协议更加完善、安全。     

我国实现国际最长距离实用光纤量子密码系统

据Optics Letter报道，由郭光灿教授领导的中科院量子信息重点实验室成功地设计了一种具有很高单向传输稳定性的量子密钥分配方案。利用该方案，实现了150km的室内量子密钥分配；经由实际通信光路实现了125km单向量子密钥分配。这是迄今为止国际公开报道的最长距离的实用光纤量子密码系统。     

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。     

媒体扫描

安全发送量子密钥三菱电气公司和北海道大学联合开发了日本第一台量子密码通信系统,可生成量子密钥，通过200 m光纤以1 kbit/s速率共享。该系统还包含窃听检测和纠错装置。研究组已通过原理验证实验研制出一套系统，具备量子密码系统实用所需的基本性能。一般将原始数据与密钥结合即产生加密信息。接收者又用密钥完成编码信息的解码。问题在于怎样用安全的方式传送密钥：不能通过对窃听、解码不设防的路由传输，难道要用人力传送？现已开发公用密钥加密法，可帮助解决传送问题，但其安全性受到巨大威胁。目前公用加密被认为是安全和防解码的…     

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。     

量子密钥分发中偏振补偿算法

在以单模光纤作为量子信道,并采用光子偏振编码方式的量子密钥分发过程中,光纤的双折射效应会导致光子在光纤中传播时其偏振态发生随机变化,使安全密钥的最终成码率大幅度降低.利用两个四分之一波片和一个半波片的组合作为校正器,可以实现对任意偏振态的校正补偿.建立了一种以该类偏振校正器为执行机构的基于随机并行梯度下降控制算法的实时偏振补偿仿真控制模型,讨论了算法的随机扰动幅度、增益系数与收敛速度的关系,分析了算法对于偏振的校准能力.通过实验对算法的性能进行了验证.实验结果表明,经过一定次数的迭代后可将系统的偏振消光比校正到一个比较理想的状态.     

量子密钥分发技术的机遇与挑战

量子密钥分发（QKD,quantum key distribution）具有理想的理论安全性,近十年来得到了快速发展.但是,理论上被证明完美的技术并不意味着一定能够实现完美的应用.一方面,越来越多的研究表明,旁路攻击将是QKD系统的一个主要威胁,而且针对实际QKD系统的旁路攻击才刚刚开始.另一方面,由于量子信号的传输不像经典电磁波那样具有很大的灵活性,致使QKD很难与传统通信网络进行无缝对接,也很难在广域网中得到广泛作用.另外,QKD也不能解决身份识别和数据存储安全等问题.因此,构建一个完善的QKD系统安全及其测评体系将是QKD得到实际应用的重要因素,而构建一个完善的抗量子计算的新型密码理论体系将是确保未来信息安全的关键.     

量子保密通信网络架构及移动化应用方案

作为新一次量子革命中率先实用化的代表性技术,量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）为信息安全领域带来了有望实现长期安全性保障的可行方案,近年来从协议设计、技术研发、网络部署到实际应用都取得了长足的进步。首先探讨了将点对点QKD技术扩展到多用户量子保密通信网络的架构设计;进一步,结合经典密码学方案,提出将QKD生成的量子密钥在移动终端侧应用的增强解决方案,使得QKD技术可应用于更广泛的移动化场景。     

自适应光纤量子保密通信系统

在双M-Z干涉仪系统上采用跟踪相位变化适时进行密钥分配,实现了80 km稳定的量子保密通信,误码率≈6.0%,50 km以下误码率＜3.5%,稳定时间达数天,并且通过局域网实现了密钥分发和文档传送.该方案用于其它量子密钥分配(QKD)系统也可提高稳定性,向实用化又迈进了一步.     

Field Experiment on a “Star Type” Metropolitan Quantum Key Distribution Network

Quantum key distribution (QKD) networks have recently attracted growing attention. The topology of the local QKD network is the basis of the next-generation global secure communication network. In this letter, we report a realization of a wavelength-routing star type QKD network which can span a metropolis using a commercial backbone optical fiber network without trusted relays. The longest and the shortest fiber lengths between two geographically separated nodes are 42.6 and 32 km, respectively, and the maximum average quantum bit-error rate is below 8%. A novel analysis model with experimental validation is also proposed to evaluate the user's performance in this network under the condition of maximum multiuser crosstalk.     

路径攻击对量子密钥分发网络安全性的影响

对基于微弱相干脉冲的量子密钥分发网络的安全性进行了分析.在该量子密钥分发网络中,由于光学节点的插入损耗及用户之间量子信道损耗的影响,窃听者可以实施路径攻击来获取量子信息.这种路径攻击不会改变脉冲中的光子数分布及系统的密钥生成速率,且这种窃听行为可以利用量子信道的损耗进行隐藏.数据分析显示,即使诱惑态技术也无法防范路径攻击对密钥分发网络安全的威胁,而且随着平均光子数的增加,这种威胁越强.因此,在对量子密钥分发网络系统参数进行选择时,必须考虑路径攻击的影响.     

开放型量子保密通信系统架构及共纤传输技术研究与实验

量子保密通信因其具有理论上的无条件安全性,在国防、金融、政务、商业等领域的应用潜力巨大,同时也对通信网络提出了一定的要求。在研究量子保密通信的基础上,提出了开放型量子保密通信的系统架构;同时为了更好地与现有通信系统融合,提出了一种量子密钥分发（QKD）系统与大容量光通信系统共纤传输方案,并通过实验验证了QKD系统和80×100 Gbit/s DWDM系统共纤传输的可行性,在超过100 km共纤（G.654超低损光纤）传输条件下同时实现了QKD成码率超1 kbit/s和8 Tbit/s DWDM系统无误码传输。     

High speed quantum key distribution system

Quantum key distribution (QKD) systems can generate unconditionally secure common key between remote users. Improvement of QKD performance, particularly on key generation rate, has been required to meet current network traffic. The present paper considers system requirement to improve key generation rate by increasing photon detection rate and reducing error rate. A high-speed QKD system should be equipped with low loss receivers with high visibility, highly efficient photon detectors with small dark count probability, and a stable clock synchronization system with low stray light to the quantum signals. A solution for these issues are given by employing planar lightwave circuit interferometers, single photon detection circuits and modules, and clock synchronization based on wavelength division multiplexing (WDM) technique. A QKD system has been developed by combining these techniques. The system working with 625 MHz clock generated sift key at the rate of 2.4 kbps through a 97-km single installed fiber core.     

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。     

Overview of quantum key distribution metropolitan optical networking technology

Quantum key distribution is a basic implementation technology of quantum communication,which provides a secure key distribution method.With the maturity and development of point-to-point quantum key distribution technology,multi-point to multi-point quantum key distribution networking has become a trend of development in the future.How to construct a multi-point to multi-point quantum key distribution network is currently urgent problem.The architecture of QKD-MON was proposed,the key problems and corresponding strategies in QKD-MON were discussed,the applications of QKD-MON in various scenes were studied,and finally the future development direction and challenges were discussed.The QKD network architecture proposed can efficiently implement QKD between multiple points and provide key resources for the customer flexibly.     

Quantum Key Distribution Based on Private States: Unconditional Security Over Untrusted Channels With Zero Quantum Capacity

In this paper, we prove unconditional security for a quantum key distribution (QKD) protocol based on distilling pbits (twisted ebits) from an arbitrary untrusted state that is claimed to contain distillable key. Our main result is that we can verify security using only public communication-via parameter estimation of the given untrusted state. The technique applies even to bound-entangled states, thus extending QKD to the regime where the available quantum channel has zero quantum capacity. We also show how to convert our purification-based QKD schemes to prepare/measure schemes.