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。     

一种相位编码、偏振检测的量子密钥分发系统

一种基于迈克耳逊干涉仪的单向量子密钥分发系统,采用法拉第旋转镜和四端口偏振分束器的组合,消除了光纤及光学器件的双折射效应,具有自稳定特性.信息编码在光子的相位上,通过检测光子的偏振进而解码出信息.以中心波长1310 nm的单光子脉冲,在50 km的干线光纤中获得了30 dB的消光比.     

量子密钥分发网方案的改进设计

量子密码术要走向实用化,必须实现多用户间的量子密钥分配.首先介绍了基于EPR对的E91量子密钥分发方案.利用该协议,我们在现有量子密钥分发网方案的基础上提出了一种实现多用户网络下任意多个用户之间的密钥分发方案,并融合波分复用技术对级联式环型量子密钥分发网方案进行了改进.     

新型量子确定性密钥分发协议

将研究量子确定性密钥分发,基于量子隐形传态以及纠缠交换提出新的QDKD协议,然后用信息论对提出的协议进行全面系统的分析。基于隐形传态的QDKD协议能够传递预定的密钥给指定目标,QDKD协议产生随机密钥的QDKD协议的补充,所以对密钥的管理有非常重要的意义。     

量子密钥分发网络方案研究

量子密钥分发结合密码技术可以实现安全的保密通信.因此,针对目前量子密钥分发网络组网方案形式的多样性展开研究分析工作.首先,介绍国内外量子密钥分发网络的发展状况,分析现有网络的组网方案;其次,论述目前量子密钥分发网络的几种主要组网方案,包括基于经典光学器件的组网方案、基于可信中继的组网方案和基于量子中继的组网方案,同时分...     

一种新的线性多用户检测器

量子信号处理是一种基于量子检测原理的信号处理框架.本文通过借鉴量子信号处理的思想,给出了一种新的线性多用户检测器:加权正交匹配滤波检测器.理论分析和仿真结果表明:新检测器只需要多用户系统中的扩频码已知,就可以在不同的工作环境下,通过灵活调整影响因子,分别实现与解相关检测器、匹配滤波检测器相同的性能;且新检测器的最佳性能与线性最小均方误差检测器的性能接近.     

量子密钥分发系统的实际安全性

量子密钥分发利用量子力学原理实现通信双方之间无条件安全的密钥传输而不被未经许可的第三方所窃听。目前,单光子QKD协议,纠缠光子对QKD协议,连续变量QKD协议等在理想的光源、信道、探测模型假设下已经被证明具有无条件安全性。然而,实际QKD系统所采用的非理想实际物理器件往往不完全符合理论安全性分析中的模型假设,这将导致比较严重的安全漏洞,从而降低实际QKD系统的安全性。为了抵御实际QKD系统非理想器件所引入的安全漏洞,可以从软件上改进QKD理论安全性分析(将实际QKD系统非理想特性纳入到安全性分析理论中),或从硬件上改进实际QKD系统(增加监控模块以抵御实际QKD系统安全漏洞)。对实际QKD系统光源、信道及探测端的安全漏洞进行了全面总结并给出针对各个安全隐患的抵御措施。     

相位编码量子密钥分发系统的电子学设计

相位编码是目前基于光纤传输的量子密钥分发(QKD)系统采用最多的方式,对控制电子学的设计提出了诸多挑战.本文在介绍相位编码QKD系统控制电子学整体设计基础上,重点分析相位编码QKD系统在同步机制、自动相位扫描补偿等方面的特殊要求和设计实现.本文设计的控制电子学和必要光学器件组成的QKD系统可以作为量子密钥分发网络中独立...     

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.     

基于W态的量子确定性密钥分发方案

提出了一种基于W态的量子确定性密钥分发方案,方案采用在量子信道中传输更加稳定的W态作为承载信息的粒子,利用量子相干特性以及一串公开的信息序列S作为密钥分发的关键,在兼顾传输粒子稳定性的前提下能够达到54.54%的密钥分发效率,与使用GHZ态相比,在效率相差无几的情况下保证粒子在传输过程中具有更强的鲁棒性。安全分析表明,此方案能经受窃听者采取的截获——转发（重发）攻击和纠缠攻击两种攻击方式,确保通信安全可靠。同时,该方案在执行过程中不涉及任何幺正操作,简单便捷。     

四态偏振编码解码QKD系统的实验研究

采用一个激光器通过偏振调制器快速偏振编码实现密钥分配,同时用矩阵分析的方法对系统原理进行了理论分析.指出用相位-偏振调制器可以对四种非正交偏振态光子进行编码和解码.在实验室内完成了30 km光纤保密通信,误码率<6%.实验表明该系统可用一个激光器快速编码解码实现密钥分配,具有很高的实用价值.     

星地量子密钥分发中密钥纠错的编码模块

在星地量子密钥分发中,两个合法用户Alice和Bob通过星地链路窗口完成密钥分发.密钥分发后Alice和Bob拥有不一致的密钥序列X、Y,双方通过理想公共授权信道传送部分信息序列,得到一致的密钥序列,这一过程称为数据协调中的密钥纠错.在密钥纠错中,理想公共授权信道传输的信息序列是X经编码产生的校验序列,要求密钥序列的编码模块所占FPGA资源少,编码速度快.提出了一种基于FPGA和Turbo码的编码方案,其占用FPGA资源少,编码速度快,可根据需要选择编码码率.     

量子密钥分配协议的Petri网建模及安全性分析

量子密钥分配协议已经被证明具有无条件安全特性,但是证明过程比较复杂,不利于推广到其他量子密码协议的安全性分析和证明中.为了简化量子密码协议的安全性证明以及建立一种通用的证明方法,基于Petri网提出一种量子密钥分配协议的形式化分析方法,根据Biham的等效对称化攻击模型,将协议分为主体模型和攻击模型两部分,建立了BB84协议的Petn网模型,然后对模型进行安全性分析,分析结果表明, BB84协议是无条件安全的.该方法提高了安全性分析效率,形式上简洁统一,容易推广到其他量子密码协议的安全性分析中.     

基于朴素贝叶斯分类的相位编码连续变量量子密钥分发方案

针对相位编码连续变量量子密钥分发(continous variable quantum key distribution,CVQKD) 在远距离传输时,量子态在接收端的检测效率较低的问题,本文提出在接收端使用朴素贝叶斯(native Bayes,NB)分类器来改进系统性能。NB分类器首先对已标记类别的量子态进行训练,学习不同类别量子态的分布情况,计算每个类别的先验概率和似然概率,再基于先验概率和似然概率计算出待测量子态属于每个类别的后验概率,根据后验概率的大小来确定待测量子态的类别。仿真结果表 明,改进方案可以通过降低测试态在接收端被错误测量的概率来提升系统性能,当过量噪声为0.01时,改进方案的安全距离可以突破250 km。     

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。     

Diversity space of multicarrier continuous‐variable quantum key distribution

The diversity space of multicarrier continuous‐variable quantum key distribution (CVQKD) is defined. The diversity space utilizes the resources that are injected into the transmission by the additional degrees of freedom of the multicarrier modulation. We prove that the exploitable extra degree of freedom in a multicarrier CVQKD scenario significantly extends the possibilities of single‐carrier CVQKD. The manifold extraction allows for the parties to reach decreased error probabilities by utilizing those extra resources of a multicarrier transmission that are not available in a single‐carrier CVQKD setting. We define the multidimensional manifold space of multicarrier CVQKD and the optimal tradeoff between the available degrees of freedom of the multicarrier transmission. We extend the manifold extraction for the multiple‐access AMQD‐MQA (multiuser quadrature allocation) multicarrier protocol. The additional resources of multicarrier CVQKD allow the achievement of significant performance improvements that are particularly crucial in an experimental scenario.     

差分相移量子密钥分发研究进展

量子密钥分发被认为是实现保密通信的理想方法。本文综述了差分相移量子密钥分发的研究进展。重点介绍差分相移量子密钥分发协议的原理和针对在不同攻击策略下的安全性讨论。概述量子密钥分发当前应用情况,最后对量子密钥分发技术的前景进行了展望。     

平坦瑞利环境下多用户检测的量子神经网络方法

提出采用量子神经网络(QNN)方法在平坦瑞利环境下进行多用户检测的方法。量子神经网络是量子计算与人工神经网络(ANN)相结合的产物,由于利用量子并行计算和量子纠缠等特性从而克服了传统人工神经网络的固有缺点。研究结果表明:该算法具有较强的鲁棒性;能有效地抑制噪声干扰,克服远近效应,在平坦瑞利衰减下具有较好地误码性能。