面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术

相干态连续变量量子密钥分发技术是量子保密通信的重要手段,其通过制备、传输和测量高斯调制或离散调制的相干态来实现具有理论无条件安全性的密钥提取,具有与经典光通信产业兼容性高、中短传输距离下安全码率高、可支持点对多点密钥分发等优势,适合在城域和接入网中大规模部署。调研综述了连续变量量子密钥分发技术的协议、安全性理论、系统化与网络化发展现状,针对城域网和接入网应用场景下的连续变量量子密钥分发关键技术进行了梳理,并对连续变量量子密钥分发技术未来发展趋势进行了展望。     

量子信息技术及其应用探讨

近十几年来,基于在数据传输安全性、传感测量灵敏度和精确度、量子计算的并行性等方面的特殊技术优势,量子信息技术得到了快速发展。量子信息技术将为提升国家信息技术水平、增强国防实力等提供非常重要的基础支撑,尤其在研发新一代信息对抗武器方面具有非常重要的战略和战术意义。密切关注量子信息技术的研究现状、应用前景和发展趋势等具有十分重要的实际意义。     

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。     

高速小型化光量子随机数发生器

利用超辐射发光二极管的放大自发辐射噪声作为量子随机熵源,设计并实现了一种高速小型化光量子随机数发生器(QRNG)。为减小经典噪声及不完美器件对随机性带来的影响,基于对量子熵源的最小熵估计,在现场可编程门阵列中,对每次采集序列的相邻比特位进行异或操作,并截取低12位作为最终随机序列。该QRNG的随机数的实时产生速率达1.4Gb/s,可实时传输至上位机用户端,且能长时间稳定工作,具备实用化潜力。     

诱骗态量子密钥分发系统中的隐蔽欺骗方法

在应用环境可信的情况下,诱骗态量子密钥分发系统具有明确的安全性架构.但是,在不可信的应用环境中,通信一方可以利用诱骗态量子密钥分发系统为第三方隐蔽地窃听开启方便之门.这种不暴露自己的泄密行为是一种隐蔽欺骗.诱骗态量子密钥分发系统具有一定的冗余系统参数（比如接收端设备对光信号的波长和强度的细微变化不敏感,但是系统安全性与这些参数密切相关）,不可信终端通过改变不同信号光脉冲的波长或强度,将为窃听者成功进行基于波分复用或分束攻击的隐蔽窃听提供可能性.这种隐蔽欺骗将直接破坏通信终端之间的信任关系,进而导致通信过程保密性的不可信,这给量子通信系统终端的可信性和安全性提出了一定的挑战.     

基于芯片化光电共封装的量子噪声源模块

现有的量子噪声源模块一般采用的是分立器件集成方式,不利于量子随机数发生器芯片化的发展需求。为此本文提出了一种基于芯片化光电共封装的量子噪声源模块,通过采用裸芯片高效空间光耦合及光电共封装的方式,最终实现了量子噪声源模块的芯片化封装,封装体积为7.5×5.4×5.2(mm)。     

量子通信技术发展现状及面临的问题研究

量子通信具有更高的传输速率和更可靠的保密性,是世界各国正在研究和发展的通信技术热点之一。首先介绍量子通信技术的基本概念、发展历程、系统架构、特点优势,然后重点阐述国内外量子密钥分配、量子隐形传态、量子安全直接通信、量子机密共享等技术的研究进展情况,最后分析量子通信技术研究和发展过程中面临的困难及局限。     

面向混沌激光熵源的安全随机数提取

基于混沌激光的随机数发生器可以实现大量高速的真随机数产生。然而,受随机数产生过程中引入的额外技术噪声影响,原始随机数无法提供真随机性。为了从信息论的角度实现安全随机数的产生,必须定量评估熵源产生的随机性。本文中通过实验搭建基于混沌激光的随机数产生装置,使用条件最小熵评估原始随机数中可提取的真随机性。同时,通过更换不同的器件讨论关键参数对原始随机性的影响。在原始随机数的后处理提取过程中使用信息论可证安全的Toeplitz提取器,最终实现了安全随机数的产生。     

基于量子密钥分发光通信用微小空间混合集成技术

量子秘钥分发系统中包含了偏振分束器、保偏滤波耦合器、波分复用器等多种光无源器件,如何实现系统小型化是目前急需解决的问题。本文提出了一种多器件微小空间混合集成技术,通过改变内部光无源器件的制作方式,实现了小型化封装的模块结构。     

利用光反馈VCSEL模式跳变产生随机数

近年来，在物理随机数生成速率的提高方面取得了很大的研究进展，但仍存在产生过程复杂和体积庞大等缺陷。针对该问题，文章从理论上提出了利用光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变产生随机数的方案。通过光反馈扰动使VCSEL产生模式跳变，再由方波信号对注入电流进行调制，周期性重启VCSEL使其由非激射状态切换到模式跳变状态，最终输出随机脉冲序列实现随机数的产生。研究结果表明，具有通过随机性验证的无偏随机数能够以Gbit/s量级的速率连续产生。文章所提方案消除了对光/电转换和后处理操作的需求，简化了当前随机数的产生结构，且具有实现低成本光子集成随机数发生器的潜力。