量子密钥分发中Cascade协议的一种改进方案

密钥协商是量子密钥分发(QKD)中的重要组成部分.Cascade协议是实际中使用最广泛的量子密钥协商协议.本文基于[6]的工作提出一种对Cascade协议的改进方案.计算机仿真显示我们的方案比原始Cascade和一些其它改进方案有更高的效率.     

基于弱相干光的实际QKD系统的安全性研究

实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零,强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此,有必要研究实际QKD系统的安全性。采用对多光子进行分束窃听、单光子最佳攻击相结合的方案,用Shannon信息理论分析了基于弱相干光的实际QKD系统的安全性。研究结果表明实际QKD系统对于分束窃听和最佳攻击是安全的,并给出合法通信双方在该攻击方案下所容忍的误码率上限。     

基于指示单光子源的量子密钥分配协议

主要介绍了量子光源,尤其是指示单光子源在量子密钥分配(QKD)中的应用,提出了一种新的基于指示单光子源的不依赖于测量装置的量子密钥分配(MDI-QKD)方案。与现有的其他方案,如弱相干态方案相比,该方案具有安全性好,密钥提取率与安全传输距离都显著提高等优点。因而,该方案在未来的量子密钥分配实用化进程中具有广阔的发展前景。     

高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统

在差分法基础上提出了一种改进的差分相位编码量子密钥分发(QKD)方案.Alice采用脉冲激光光源,通过两个串联光纤延迟环产生四个均匀的相干脉冲，并对脉冲进行差分调制，补偿了传输过程中环境对偏振的扰动.Bob采用双FM干涉仪,在窄脉冲门控模式下进行单光子探测.单程传输避免了木马攻击，增强了方案的安全性.实验结果表明，系统可以长期稳定运转(大于24h)，误码率为3％.改进的系统具有高效、稳定、低成本的优点，实施方便，有很好的实用价值. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码     

联合调制量子密钥分配系统

本文提出了一种对每一个单光子信号进行相位和偏振两种 编码调制的联合调制量子密钥分配(QKD)系统. 结合复合QKD系统的双速协议, 本文给出了在理想情形下可以通过一个信号光子生成两比特密钥的QKD协议, 明显提高了QKD协议的内禀光子利用率. 在稳定性方面, 本文发展了联合调制的Michelson型QKD系统, 从而在原理上解决了联合调制QKD系统的稳定性问题. 关键词： 量子密钥分配 双速协议 联合调制 量子密钥分配系统的稳定性     

复合量子密钥分发系统双速协议及其安全性分析

基于真空光速c是极限信号速度这一基本假设,提出了复合量子密钥分发(QKD)系统和双速协议,并证明双速协议的安全性与原BB84协议的安全性相同.结果表明,双速协议在将量子密钥生成效率从50%提高到100%的同时,还降低了窃听者Eve可能得到的信息量.双速协议由于打破了公开讨论之前Bob和Eve的对等地位,使QKD在概念上有了明显的改进,使协议基的选择空间有了本质性的扩充.具体给出了三个双速协议的实例,并详细分析了它们在截取重发攻击下的安全性 关键词： 量子密码 光纤量子密钥分发 双速协议     

LDPC码在量子密钥分配多维协商算法中的应用

密钥协商是量子密钥分配(QKD)的重要环节,影响着QKD的密钥率和安全距离.作为一种低信噪比时较为高效的密钥协商方案,多维协商算法被很好地应用在高斯调制连续变量QKD中,延长了通信距离.本文研究了二进制LDPC码在多维协商算法中的应用方案,进而扩展到多进制LDPC码.仿真表明,相比二进制LDPC码,利用多进制LDPC码能够使多维协商性能获得明显增益.     

基于差分相移键控协议的双向量子密钥分配系统研究

采用差分相移键控(DPSK)协议分析了双向量子密钥分配(QKD)系统的性能，比较了BB84协议、BBM92协议和DPSK协议的安全通信速率与距离的关系，并对协议对抗一些攻击的安全性进行了分析，结果表明DPSK协议对长距离QKD系统非常实用，具有超过200 km的通信距离和较高的通信速率.     

光子数分束攻击对星地量子密钥分配系统安全的影响

由于仪器设备性能的不完美和信道传输损耗的存在,光子数分束(PNS)攻击对采用弱相干脉冲(WCP)光源的量子密钥分配(QKD)系统的安全性构成重大威胁.以基于WCP光源的星地QKD系统为研究对象,推导了在PNS攻击者采用最佳窃听策略进行窃听时,保证密钥绝对安全的最大天顶角和可采用的平均光子数之间的关系.理论分析和计算结果表明,星地QKD系统的最大安全传输天顶角和可使用的平均光子数等重要系统参数的取值上限均受PNS攻击的限制,最终系统的密钥交换速率和系统容量受到限制.对星地QKD系统的传输容量来说,天顶角和平均光子数是一对矛盾的影响因素.提供了一种对实际星地QKD系统的天顶角和平均光子数参数进行估算的方法.     

基于Bell态的三方量子密钥协商

提出了基于两粒子纠缠态的一个三方量子密钥协商协议. 方案中的三个参与者是完全对等的, 且对建立的共享密钥具有相同的贡献. 除此之外, 三方中的任何一方或两方都不能事先单独决定共享密钥. 安全分析表明本协议既能抵抗外部窃听者的攻击, 又能抵抗内部参与者攻击. 关键词： 量子密码学 量子密钥协商 Bell态     

Robust Multiparty Quantum Secret Sharing against Participant ForcibleManipulation

The security of the multiparty quantum secret sharing protocol proposed by Gao [G. Gao, Commun. Theor. Phys. 52 (2009) 421] isanalyzed. It is shown that this protocol is vulnerable since theagents' imperfect encryption scheme can be attacked by a powerfulparticipant. We introduce a attack strategy called participant forcible manipulation and analyze the information leakage in this protocol under this attack. At last, we give an improved version of the original protocol. The improved protocol is robust and has the same efficiency as the original one.     

Known-plaintext attack on optical encryption based on double random phase keys

We demonstrate a new approach to known-plaintext attack on an optical encryption scheme based on double random phase keys. With this attack an opponent can access both random phase keys with the help of the phase retrieval technique. This demonstration shows that an optical encryption scheme based on double random encoding is vulnerable to known-plaintext attack.     

Quantum secure direct communication with Greenberger-Horne-Zeilinger-type state （GHZ state） over noisy channels

We propose a quantum error-rejection scheme for direct communication with three-qubit quantum codes based on the direct communication of secret messages without any secret key shared in advance. Given the symmetric and independent errors of the transmitted qubits, our scheme can tolerate a bit of error rate up to 33.1%, thus the protocol is deterministically secure against any eavesdropping attack even in a noisy channel.     

One-step implementation of an N-qubit quantum phase gate through a double Raman passage

We propose a scheme for controllably implementing an N-qubit phase gate by one step within a ground-state subspace of N three-state atoms trapped in a cavity through a double Raman passage.We can extend our scheme to the realisation of an arbitrary N-qubit phase gate by appropriately adjusting coupling strengths and detunings between atoms and external driving fields.The advantage of this one-step scheme is its robustness against decoherence.     

Quantum Secure Communication Scheme with W State

We present a quantum secure communication scheme using three-qubit W state. It is unnecessary for the present scheme to use alternative measurement or Bell basis measurement. Compared with the quantum secure direct communication scheme proposed by Cao et at. [H.J. Cao and H.S. Song, Chin. Phys. Lett. 23 （2006） 290], in our scheme, the detection probability for an eavesdropper＇s attack increases from 8.3% to 25%. We also show that our scheme is secure for a noise quantum channel.     

Eavesdropping on the quantum dialogue protocol in lossy channel

We present an improved eavesdropping scheme on the quantum dialogue protocol in lossy channel,which is based on the strategies of W’ojcik [Phys.Rev.Lett.90 157901 (2003)] and ZML [Phys.Lett.A 333 46 (2004)] attack schemes.We show that our attack scheme doubles the domain of Eve’s eavesdropping and Eve can gain more information of the communication with less risk of being detected.Finally,a possible improvement for the dialogue protocol security is proposed.     

Improving the security of secure deterministic communication scheme based on quantum remote state preparation

The security of the quantum secure deterministic communication scheme [{\it Chin. Phys.} {\bf16} (2007) 2549] is reexamined. A security loophole is pointed out. Taking advantage of this loophole, an eavesdropper can steal all the secret messages without being detected by an intercept-and-resend attack strategy. Furthermore, a possible improvement on this protocol is presented. It makes the modified protocol secure against this kind of attack.     

利用单光子的量子对话

提出了一个利用一束单光子对话的方案.在方案中,利用两个不同的幺正操作对光子态进行编码,并且从一束光子中选择较大的子集进行窃听检查,该方案能够有效地抵御截取再发送袭击.此外,由于利用单光子没有利用EPR对,因此该方案是很实际的.该方案是绝对安全的.     

Suppressing laser phase noise in an optomechanical system

We propose a scheme to suppress the laser phase noise without increasing the optomechanical single-photon coupling strength.In the scheme,the parametric amplification terms,created by Kerr and Duffing nonlinearities,can restrain laser phase noise and strengthen the effective optomechanical coupling,respectively.Interestingly,decreasing laser phase noise leads to increasing thermal noise,which is inhibited by bringing in a broadband-squeezed vacuum environment.To reflect the superiority of the scheme,we simulate quantum memory and stationary optomechanical entanglement as examples,and the corresponding numerical results demonstrate that the laser phase noise is extremely suppressed.Our method can pave the way for studying other quantum phenomena.