时间抖动对相位编码量子密钥分发系统量子误码率的影响

就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析,建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系.针对高斯脉冲分布,导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系.得...     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2 mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码. 关键词： 量子保密通信 相位编码 半波电压 误码率     

一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法

基于相位编码的量子密钥分发系统需要对信息加载的相位调制器的半波电压进行精确的测定以减小量子密钥的误码率,相位调制器半波电压的测量精度直接影响到了量子密钥分发系统的最终误码.本文提出了一种基于确定性量子密钥分发误码率判据的相位调制器半波电压的精确测定方法,所采用相位调制器的半波电压的测量精度达到了2mV,实验结果表明这种方法可以用于量子密钥分发实际应用系统中实时获得不同条件下的行波相位调制器的半波电压以最大程度地减小由于相位信息不准确加载而带来的系统误码.     

基于随机相位编码的确定性量子密钥分配

提出一种新的随机相位编码的确定性量子密钥分配(QKD)方案.在该方案中，通信双方不需要公布测量基，就可以共享秘密信息，提高了密钥生成效率.因为传输的量子比特是随机编码的，即便光源非严格为单光子，该方案仍旧是安全的.理论分析显示出，对于光子数分裂攻击，中间人攻击和特洛伊木马等攻击手段，本方案比之前的QKD方案具有更强的安全性.     

离子阱量子计算规模化的研究进展

离子阱系统是当前实现量子计算最为领先的物理系统之一,已经在数十量子比特的规模下实现了保真度达到容错量子计算阈值的量子态制备、测量、通用量子逻辑门等基本量子操作.未来离子阱量子计算的一个重要研究方向,是在保持量子比特高性能的同时,进一步扩展量子比特的数量,最终达到解决实际问题所需的规模.本文介绍当前离子阱量子计算研究中主流的规模化方案,如离子输运方案和离子-光子量子网络方案等,以及各方案中存在的限制因素,进而探讨如二维离子阵列、双重量子比特等新的规模化方案及其前景.     

噪声情况下的量子网络直接通信

提出和研究了噪声情况下的量子网络直接通信. 通信过程中所有量子节点共享多粒子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)量子纠缠态; 发送节点将手中共享的GHZ态的粒子作为控制比特、传输秘密信息的粒子作为目标比特, 应用控制非门(CNOT)操作; 每个接收节点将手中共享GHZ 态的粒子作为控制比特、接收到的秘密信息粒子作为目标比特, 再次应用CNOT门操作从而获得含误码的秘密信息. 每个接收节点从秘密信息中提取部分作为检测比特串, 并将剩余的秘密信息应用奇偶校验矩阵纠正其中存在的比特翻转错误, 所有接收节点获得纠正后的秘密信息. 对协议安全、吞吐效率、通信效率等进行了分析和讨论.     

基于伪态协议的量子密钥分配系统研究

采用包含两个伪态和一个信号态的双伪态协议分析了量子密钥分配系统的性能,比较了双伪态（真空态—弱伪态）和单伪态协议条件下密钥生成率与通信距离的关系,分析了信号态的强度、量子比特误码率、单光子的增益和单光子的误码率对系统密钥生成率的影响,得出密钥生成率的最优化条件,为实现实用安全的量子密钥分配系统奠定理论基础. 关键词： 伪态协议 量子密钥生成率 量子比特误码率     

多量子比特核磁共振体系的实验操控技术

随着量子信息与量子计算科学的发展,量子信息处理器被广泛地用于量子计算、量子模拟、量子度量等方面的研究.为了能在实验上实现这些日益复杂的方案,将量子计算机的潜能转化成现实,需要不断提高可操控的量子体系比特位数,实现更复杂的量子操控.核磁共振自旋体系作为一个优秀的量子实验测试平台,提供了丰富而又精密的量子操控手段.近几年来在此平台上进行了不少的多量子比特实验,发展并积累了一系列的多量子比特实验技术.本文首先阐述了核磁共振体系多量子比特实验中的实验困难,然后结合7量子比特标记赝纯态制备以及其他有关实验,对多比特实验过程中应用到的实验技术进行介绍.最后对核磁共振体系多量子比特实验技术方向的进一步研究进行了总结和展望.     

基于新型超导电荷量子比特的几何量子门

超导量子系统被认为是最可能用于实现大规模量子计算、量子信息、以及量子存储等的物理系统之一.本文在一种特别设计的超导电荷比特的基础上,通过微波腔与超导比特的相互作用,探讨了在此系统中实现几何相单门以及非常规几何相两量子门的途径,并讨论了制备多量子比特最大纠缠态的方法.     

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。     

1550 nm单模光纤中的量子密钥分配

从实验中实现了红外波段的远程量子密钥分配。系统采用双不等臂M-Z干涉仪相位编码方式，工作波长为1550nm。通过分析量子密钥分配系统传输距离与误码率之间相互关系，给出了理论上理想不等臂M-Z系统与实际系统的最低误码率与传输距离间的关系，以及系统实测传输距离与误码率的关系。实验结果显示，本密钥分配系统已非常接近理想实验系统的性能。     

基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的误码率分析

测量设备无关量子密钥分发系统可以免疫任何针对探测器边信道的攻击, 并进一步结合诱惑态方法规避了准单光子源引入的实际安全性问题. 目前实验中一般采用弱相干光源, 但是该光源含有一定比例的空脉冲和多光子脉冲. 本文针对弱相干光源的具体特性, 采用量子力学的描述, 将各个器件进行量子化处理, 并同时考虑探测器的具体性能参数的影响, 分别给出了通信双方各自发送的脉冲含有特定光子数时产生的成功贝尔态和错误贝尔态的概率公式, 从理论上对相位编码和偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统的误码率进行了定量分析, 分别推导并模拟了通信双方采用的平均光子数对称和不对称时误码率随传输距离的变化情况, 结果表明在偏振编码Z基中, 多光子脉冲不会引起误码; 在偏振编码X基和相位编码中, 受多光子影响, 产生的误码率较大. 对于不同的编码方式, 误码率均随传输距离的增加有不同程度的升高, 长距离传输时, 平均光子数越小, 产生的误码率越大; 在偏振编码X基和相位编码的短距离传输中, 相对于对称, 通信双方采用的平均光子数不对称时产生的误码率较大.     

单光子探测器性能对量子密钥分发系统的影响

根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型,给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式,并通过对各类量子密钥分发系统的比较,推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明,在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。     

基于泊松分布单光子源的量子误码率的分析

在自由空间量子密钥分配中,单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲,量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子,建立了量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道,引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境,并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星_地面站间链路,进行了量子误码率的数值仿真研究。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,限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。     

长程光纤传输的时间抖动对相位编码量子密钥分发系统的影响

测量了光脉冲在不同传输距离和不同外界环境影响下基于差分相位编码和双不等臂M-Z相位编码系统的时间抖动,并根据时间抖动的分布情况建立了相位编码量子密钥分发系统中误码率和时间抖动关系的物理模型,给出了单光子脉冲一般波形函数和误码率之间的关系式,根据这个关系式可以得出确定波形单光子脉冲在确定时间抖动分布情况下系统误码率的结果. 关键词： 量子密钥分发 相位编码 时间抖动 误码率     

Eavesdropping on Quantum Secure Direct Communication with W State in Noisy Channel

Security of the quantum secure direct communication protocol （i.e., the C-S QSDC protocol） recently proposed by Cao and Song [Chin. Phys. Lett. 23 （2006） 290] is analyzed in the case of considerable quantum channel noise. The eavesdropping scheme is presented, which reveals that the C-S QSDC protocol is not secure if the quantum bit error rate （QBER） caused by quantum channel noise is higher than 4.17%. Our eavesdropping scheme induces about 4.17% QBER for those check qubits. However, such QBER can be hidden in the counterpart induced by the noisy quantum channel if the eavesdropper Eve replaces the original noisy channel by an ideal one. Furthermore, if the QBER induced by quantum channel noise is lower than 4.17%, then in the eavesdropping scheme Eve still can eavesdrop part of the secret messages by safely attacking a fraction of the transmitted qubits. Finally, an improvement on the C-S QSDC protocol is put forward.     

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.     

纠错编码对多速率OCDMA系统性能的改善

将纠错编码(ECC)和素数跳频码技术结合起来,研究了基于纠错编码的多速率OCDMA系统的结构方案,并对未进行纠错编码的多速率OCDMA系统及经过纠错编码的多速率OCDMA系统的误码性能进行了模拟分析和比较。结果表明:如果两系统使用相同码长的光地址码,则经过纠错的编码系统同未经过纠错的编码系统相比,其误码率有了明显的改善;在保持两系统信息传输速率和码片间隔相等的条件下,恰当地选取纠错编码系统的码长,不仅误码性能可得到改善,而且可降低编码器和解码器的制作难度和成本。