星地量子密钥分发中的时间同步研究

高精度的时间同步是星地量子密钥分发实验的关键.给出了一种新型的时间同步方案,该方案采用与量子信号光共光路的同步光脉冲,采用单光子探测器对同步光脉冲进行探测,通过基于时间标记型高精度时间测量插件对信号事例和同步事例进行精确的时间测量.解决了星地量子密钥分发实验中星上同步光对卫星平台载荷和资源要求较高及同步光与量子信号光的...     

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...     

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.     

量子密钥分发网络应用技术研究进展

现有的量子密钥分发网络根据其节点不同可分为三类,即由信任节点构成的网络系统、由光学节点构成的网络系统、以及由量子节点构成的网络系统.讨论了由不同节点构成的网络系统的特点,并分别指出了各自的优缺点.最后指出,一个跨越全球的量子密钥分发网络需要由这三种不同的网络系统组成.     

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.     

量子密钥分发系统中高精度同步方案设计

针对光纤量子密钥分发(QKD)系统中信号同步的关键问题,提出了一种光同步方案。发送方通过现场可编程门阵列（FPGA）产生一定特征的同步脉冲序列驱动同步激光器,产生的同步光和信号光耦合到一根光纤传给接收方。接收方经过高速甄别后使用高频时钟来“采样”接收到的同步脉冲序列,使得双方达到严格同步;同时经过高精度延时调整后提供给单光子探测器作为门控信号,最大限度地去除暗计数。该方案具有高精度,低成本,容错性好的特点,已经成功应用于城域量子通信网络。     

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。     

量子密钥分发网络结构及性能分析

根据量子密钥分发网络节点功能的不同,可以将其分为三类:由信任方节点构成的网络;由光学器件构成的网络和;由量子节点构成的网络.文章分析了这三种网络的结构,并对比了它们的性能,适用条件以及应用前景.最后提出,在现有条件下三种网络各具优势但都不够成熟,用户可以根据各自对网络的需求来选择不同的网络模型进行保密通信.     

一种高效量子密钥级联纠错算法的实现与分析

误码纠错是量子密钥分配后续数据处理过程的关键 环节。基于奇偶监督矩阵码检错原理与级联纠错原理,提出了一种高效的级联纠错协议,并对 协议的相关参数进行了理论优化分析。根据分析结果,利用仿真数 据分别对单次级联纠错的纠错效率和纠错能力进行实验研究,得到不同初始误码率条件下的 最优参数选 择依据。利用优化的参数,对级联纠错协议的最终密钥生成效率进行了数据仿真分析。结果 表明,当初始误码率 分别为3、6和10%时,最终的密钥实际生成效率分别达到了77.67、63.21和46.82%。与理论值进行比较显示,本文 协议的密钥生成效率接近理论效率的上限值。     

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.     

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

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.     

基于经典计算机的量子加密算法仿真

量子密钥分配协议是近几年研究信息安全的一大热点，它的具体实现方法也备受关注．给出了在经典计算机上表示量子态的制备和测量方法，并编制相应的程序，实现了多种量子密钥分配协议仿真．将获得的结果与理论分析结果相比较，两者的一致性表明在现有计算机上仿真量子密钥分配协议是完全可行的，这为量子加密、乃至量子信息处理的研究提供了一种新的手段。     

用三粒子态实现的组网量子密钥分配

A quantum key distribution scheme for quantum cryptographic network is proposed, which is implemented physically by the Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) triplet state. Its security is guaranteed by the correlation of the GHZ triplet state, results show this protocol is unconditionally secure. The performance of the proposed protocol can reach 100\% in the idea circumstance. Application of the proposed protocol has also been discussed.     

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.     

量子密钥分配网络分析

量子密钥分配(QKD)网络是由网络节点按照一定的拓扑结构连接而成的.目前出现的QKD网络可根据其节点功能性分为3类:光学节点QKD网络、信任节点QKD网络以及量子节点QKD网络.文章论述了QKD网络的研究进展,对现有的3种网络的结构、性能进行了全面的对比分析.通过对比,提出了一种高效实用的新型QKD网络方案.     

七位量子信道编码与纠错

在量子网络的两个站点间通信时,一旦数据帧中出现误码就需要重新发送数据帧,此举虽然能够保证数据的正确性,但是在一定程度上增加了信道的压力、降低了通信效率。为了缓解信道压力,从量子态的复制、隐形传送的过程出发,针对现有的量子纠错电路进行分析和改进,设计出了七粒子纠缠态的量子纠错线路,七粒子纠缠态量子纠错可以纠正不多于3位量子态出现的位反转或者位相翻转错误。并对改进前后协议的效率、信道的利用率进行对比,发现改进后的纠错电路能有效提高数据传输的效率,为以后多粒子纠错提供可参考的依据。     

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。