Secret key rate proof of multicarrier continuous‐variable quantum key distribution

We prove the secret key rate formulas and derive security threshold parameters of multicarrier continuous‐variable quantum key distribution CVQKD. In a multicarrier CVQKD scenario, the Gaussian input quantum states of the legal parties are granulated into Gaussian subcarrier continuous variables (CVs). The multicarrier communication formulates Gaussian subchannels from the physical quantum channel, each dedicated to the transmission of a subcarrier CV. The Gaussian subcarriers are decoded by a unitary CV operation, which results in the recovered single‐carrier Gaussian CVs. We derive the formulas through the adaptive multicarrier quadrature division (AMQD) scheme, the singular value decomposition (SVD)–assisted AMQD, and the multiuser AMQD multiuser quadrature allocation (MQA). We prove that the multicarrier CVQKD leads to improved secret key rates and higher tolerable excess noise in comparison with single‐carrier CVQKD. We derive the private classical capacity of a Gaussian subchannel and the security parameters of an optimal Gaussian collective attack in the multicarrier setting. We reveal the secret key rate formulas for one‐way and two‐way multicarrier CVQKD protocols, assuming homodyne and heterodyne measurements and direct and reverse reconciliation. The results reveal the physical boundaries of physically allowed Gaussian attacks in a multicarrier CVQKD scenario and confirm that the improved transmission rates lead to enhanced secret key rates and security thresholds.     

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.     

Secret key rates of free‐space optical continuous‐variable quantum key distribution

In this letter, we derive the maximal achievable secret key rates for continuous‐variable quantum key distribution (CVQKD) over free‐space optical (FSO) quantum channels. We provide a channel decomposition for FSO‐CVQKD quantum channels and study the SNR (signal‐to‐noise ratio) characteristics. The analytical derivations focus particularly on the low‐SNR scenarios. The results are convenient for wireless quantum key distribution and for the quantum Internet.     

中间纠缠源离散调制CVQKD性能分析

连续变量量子密钥分发协议虽然具备更高的安全码 率等优势,但是其安全传输距离却一直表现不佳,而离散调制连续变量量子密钥分发协议已 被证明在低信噪比下能够获得比高斯调制更好的性能。基于 此,本文详细分析了光源非可信时,离散调制二态、四态和八态协议的性能,推导了安全码 率表达式。数 值仿真结果表明,当光源处于中间时,离散调制相干态零差检测正向协调性能优于其它协议 ,八态协议有更长的传输距离。     

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。     

自由空间量子密码通信中量子密钥比特率研究

通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、检测因子和数据筛选因子,给出了自由空间量子密钥分配中量子密钥比特率的表达式.针对低轨卫星-地面站间激光链路,进行了量子密钥比特率的数值仿真研究.结果表明,在低轨卫星-地面站间进行量子密钥分配是可行的.     

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。     

量子密码的发展

从理论研究、实验进展与技术开发的角度简述了量子密码的发展历史,总结了量子密码的前沿课题,主要包括量子密钥分发,量子加密算法,量子认证,量子秘密共享,量子密码分析,量子随机源,安全直接量子通信等.     

Quantum Key Distribution Based on Entangled States and Non-Orthogonal States

In this paper two Quantum Key Distribution(QKD)protocols are proposed,which combined BB84 protocoland EPR protocol subtly.In our protocols,entangled particles and non-orthogonal particles are mixed together and trans-mitted in the quantum channel.They play different roles respectively,and their physical characters are fully exploited.As a result,the efficiency of QKD is improved and identity authentication is added to the QKD procedure.     

基于压缩态的连续变量量子对话协议

在量子密码协议中,比较典型的量子密钥分配协议（QKD）和量子安全直接通信（QSDC）协议都只能实现信息的单向传输。而在量子对话协议中,通信双方Alice和Bob只需要一次通信便可以同时交换秘密信息。目前流行的量子对话协议都是基于离散变量实现,缺点是受到现有技术水平的限制,实用性不强,而连续变量的量子协议可以解决这个问题。基于连续变量提出了一个新的量子对话协议,采用信息论的方法对协议进行分析,结果表明该协议不仅安全,而且信道容量高于离散变量量子对话协议。     

基于单粒子的量子公钥加密协议

提出一种基于单粒子的量子公钥加密协议。利用随机序列的映射关系对私钥实施量子操作,生成用于消息加密的量子公钥。根据量子不可克隆和密文不可分辨定理,引入新的量子源作为通信传输的载体,设计了易操作的加密编码和解密规则;采用分块的方法,优化了窃听检测方法,降低了对发送方存储能力的要求;结合一次一密的加密方案,保证了在量子通信信道中传送密钥和消息的安全性。基于纠缠态的量子加密算法和基于单粒子的量子公钥加密方案相比较,所提出的协议易于实现,具有良好的使用价值。分析表明,本协议是安全的。     

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。     

连续变量量子密钥分配的量化预处理

从连续变量中提取出便于通信双方共享的离散值是连续变量量子密钥分配的关键技术之一,Slice量化是一种有效可行的方案。该方案能够让通信双方共享高度一致的二进制数据,为接下来进一步的数据协调和隐私放大做完善的前期工作。论文实现了Slice量化的预处理程序,该程序可以根据信道条件和实际要求计算出量化所必需的参考数据。     

量子密码学的应用研究

文中首先对量子密码学作了简单的介绍,给出了量子密钥所涉及的几个主要量子效应,接着较为详细地阐述了国内外量子密码学发展的历史,给出了量子密码学研究的几个课题：量子密钥分配、量子签名、量子身份认证、量子加密算法、量子秘密共享等,并分别加以简单的说明并详细地分析了阻碍量子密码实用化的几个因素。最后对量子密码学的发展做了展望。     

量子保密通信及其进展

综述了国内外最近在量子密码学研究中的相关研究以及向实用化转化的实验结果,并针对量子密钥分发方案提出了一种改进方案。最后对量子密码体制进行了展望。     

量子密码系统中常用量子信号的产生方法

量子密钥分配是量子密码学最成功的应用.如何产生高效的量子信号,是量子密钥分配系统安全运行的关键.文中简要介绍了量子信号的概念,给出了几种产生量子信号的常用方法,并简要分析了这些信号应用于量子密钥分配的可行性.     

量子保密术和保密通信

基于量子物理原理的量子密码术已被证明是保密通信中密钥安全分配的有效手段．本文介绍了量子密码的基本原理，探讨了实现量子密码的几种方案，并研究了各自的密钥分配机制．还讨论了量子密码通信的历史发展和指出现存在的问题以及未来的发展前景。     

多用户网络环境下量子密码术

在传统的点到点之间进行量子密钥分发协议的基础上,利用量子存储技术和EPR粒子纠缠态互换的方法,提出了在多用户、多控制中心、远距离的网络环境下进行量子密钥传送的方案。与传统的点与点之间的量子密钥传送协议类似,其安全性也是建立在量子力学原理上,任何窃听者的存在必将使生成密钥的误码率上升而被合法通信用户发现。     

正则变量的量子隐形传态

利用位置和动量、相位和粒子数这两对正则共轭可观察量,研究了两种不同类型的量子隐形传态方案,把连续变量和分离变量的量子隐形传态统一到正则量子隐形传态的框架中.正则共轭可观察量在量子隐形传态中扮演了三重角色:首先,两个对易的正则可观察量,如相位差和粒子数和的共同本征态提供了一个两系统间的量子通道;其次,对另外两系统的一对正则可观察量进行了Bell基测量;最后,由单个系统的正则共轭观察量构成了两个局域的么正变换以恢复这个未知的量子态.     

具有可证明安全性的量子加密算法

加密算法的安全性是保证信息机密性、完整性和可用性的基础。与经典的加密算法不同，量子加密算法具有完全可证明的安全性。本文介绍量子密钥分配协议模型，并针对存在概率克隆机的理论，证明了基于不可克隆原理的量子密钥分配协议具有足够的安全性。