基于基模高斯光束的单光子捕获概率研究

建立了一种自由空间量子密钥分配的单光子捕获概率理论模型。基于基模高斯光束,推导了单光子捕获概率的表达式。得到影响单光子捕获概率的主要参量是发射机的跟瞄误差、光束远场发散角、发射机和接收机的链路距离和接收机天线孔径。针对低轨卫星-地面站间链路进行了数值仿真分析,得到单光子捕获概率一般在10-3~10-5量级。     

大气环境影响下的量子卫星通信MIMO-QKD策略性能分析

为实现全球量子卫星通信,不仅要保证量子卫星在复杂大气信道中的通信性能,而且需要实现多地面站与量子卫星实时且同步通信。在昆虫复眼结构的基础上提出了量子卫星多输入多输出的量子密钥分发策略(MIMO-QKD),仿生复眼地面站通过多波长信号同时进行QKD来提升量子通信性能,并通过波段划分实现多地面站与量子卫星通信,且互不干扰。仿真结果表明,随着大气环境影响系数由0.1增加到1,信道容量减少到0.001 8,误码率增加到0.337 4。随着复眼容量由1增加到15,信道容量从0.054增加到0.814,误码率从0.239 4减少到0.026 6;由此可见,在复杂的大气信道环境影响下,基于昆虫复眼结构的量子卫星通信MIMOQKD策略可以明显改善量子卫星通信性能,根据相应的大气环境调整复眼容量从而保证量子密钥分发效率。     

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.     

量子保密通信研究进展与安全性分析

量子保密通信基于量子密钥分配和“一次一密”加密体制,能够提供无条件安全性保证,成为学术界和产业界研究关注的焦点.在介绍量子保密通信协议原理、关键器件和网络架构的基础上,重点分析了实际量子密钥分配系统的安全漏洞、攻击手段和安全性对策以及测量设备无关量子密钥分配技术研究进展,并对量子保密通信技术的安全性挑战、发展方向和应用前景进行了展望.     

量子通信技术现状及发展趋势初探

本文首先介绍现有信息技术遇到的瓶颈问题,介绍量子通信,包括量子学的定义、原理、发展方向,阐述了量子通信特有的量子密钥分配和量子隐形传态的原理、进展以及这两个研究方向当前面临的主要问题和应对策略.最后介绍2016年即将实现的"量子科学卫星"及"京沪干线",并对未来做简要展望.     

时隙抽取密钥的量子编码

量子密钥分配是量子密码学最主要的应用之一,时隙抽取密钥的量子编码是一种以光子到达探测器的时间为量子信息量、用探测到光子的时隙来抽取密钥的新的量子密钥分配方式.文章分析了时隙抽取密钥的量子编码系统的原理和特点,介绍了时隙抽取密钥的量子编码的实验方案和关键问题.     

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。     

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。     

基于PON网络的安全量子VPN方案

该文提出了一个新的无源光网络PON组成模型。利用该模型设计了一个具有身份认证功能的高效量子密钥分配方案,以满足无源光网络中光线路终端对光网络单元的身份认证和两者间的相互量子密钥分配,以及实现光虚拟专用网内部光网络单元间的量子密钥分配。安全性分析和实验方案表明了该协议的绝对安全性和可行性。将共享密钥作为通信双方的会话密钥,对内部传输数据进行加密,最终实现量子虚拟专用网。     

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...     

基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案

目前量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现高码率、远距离的量子密钥传输。为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率,将双探测器量子密钥分发方案应用于BBM92协议,并分别在理想纠缠光源,和参量下转换纠缠光源两种情况下进行了数值仿真。对系统性能进行对比后得出：在BBM92协议中利用双探测器,量子密钥分发系统的密钥生成率明显高于单探测器系统,而误码率大幅度低于单探测器系统。理想光源情况下传输距离可扩展到300km,参量下转换光源的情况下,传输距离也可达250km。     

大气传播特性对量子密钥分发性能的影响研究

根据电磁波传播与散射理论,考虑衰减和去极化效应等因素,建立了地空极化编码单光子源的传播模型,研究了空气衰减和天顶角与密钥生成速率间的关系,并建立了交叉极化分辨率和系统误码间的关系式;分析并仿真了大气环境对量子密钥分发的影响;结果表明:大气衰减对量子密钥分发系统每秒密钥生成数的影响较大;降雨条件下引起的去极化效应则会造成量子误码率增加.     

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.     

量子密码分配过程中的测量基问题

推导了利用单量子通信系统中Alice发送基与Bob接收基方向间有偏差时双方建立的Sifted-key的误码率公式.在对公式进行考查的基础上,我们建议设立一个万有方向来统一通信双方使用的基的方向.     

卫星量子通信的光子偏振误差影响与补偿研究

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码率影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。     

基于QKD量子密钥扩展的方法研究

目前量子密钥分发所面临的最主要问题是如何实现远距离、高码率量子密钥传输.为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率,提出一种反射和位移相结合的技术对已有的码率较低的量子密钥进行扩展处理,提高量子密钥库的容量.实验结果表明,采用反射技术和位移技术不但能有效地扩展量子密钥随机序列,同时可以保持良好的随机性,是一种扩展量子密钥库的有效方法.     

点到多点量子密钥分配扩展研究

对两种点到多点量子密钥分配系统的密钥生成效率和传输距离进行了分析,讨论了系统的参数选取对它们的影响.分析了诱惑态技术对这两种多用户系统的传输距离及密钥生成效率的影响,数据表明,结合诱惑态技术,可以将密钥传输距离扩展为原来的2倍,以及将量子密钥分发效率提高1个数量级.对点到多点系统进行了功能扩展研究,提出了可实现任意两用户间密钥共享的协议.该协议无需其它的硬件要求,易于实现.     

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。