850nm光纤中1.1km量子密钥分发实验

在850nm波长完成了一个全光纤量子密钥分发系统原型.该系统以单光子为信息载体,以光纤为量子信道,在通信双方建立起共享的密钥,从而完成量子密钥的分发,其安全性由量子力学基本原理——不确定性原理和量子不可克隆定理所保证.所采取的信息调制方式为相位调制,通信协议采取BB84协议.通信距离为1.1km,有效数据传送速率为3bit/s,误码率为9%左右.     

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     

量子密钥分发实验中偏振分束器的研究

量子密钥分发是量子信息论中发展最快、最接近实用化的领域,偏振分束器是量子密钥分发系统中重要的组成部分,对分束器的经典分析和量子分析得出了完全一致的结果.     

长距离长期稳定的量子密钥分发系统

介绍了最近完成的长距离长期稳定的量子密钥分发系统.该系统利用往返光路补偿光纤偏振 抖动和相位漂移的原理,采用结电容平衡魔T网络耦合的单光子探测技术,在506km单模 光纤中实现了长时间（大于12h）稳定的量子密钥分发实验.单脉冲平均光子数为007, 误码率为4%,其中单光子探测器的探测效率大于5%,单脉冲暗计数低于29×10^{-6. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 单光子探测}     

光纤色散与损耗对光量子密钥分发系统的影响

运用量子薛定谔方程，通过计算传输光场干涉强度和分析量子密钥分发系统的误码率，研究了光纤色散和损耗对量子密钥分发系统误码率的影响.研究表明，在目前的基于光纤的量子密钥分发系统中，选择色散位移光纤并以损耗最小波长1.55 μm为工作波长，同时缩短脉冲宽度，可以有效提高量子密钥系统的传输距离. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 光纤色散 光纤损耗     

大学本科量子密钥分发实验课程探索

量子信息技术因其卓越的特性而受到高度重视,被认为是未来信息技术发展的必然趋势,而具备量子物理背景的专业人才培养就显得极为重要.但是,由于量子信息技术具有抽象性、交叉性、前沿性和复杂性等特点,针对本科生开展相关实验教学具有一定挑战.中山大学从2018年开始在该方面进行了初步探索,针对高年级本科生开设了量子密钥分发等实验课程.本文基于笔者的教学工作,对量子密钥分发实验课程进行了介绍,探讨了其中的难点以及解决方案,希望通过本文探讨,能够对量子信息技术的教学工作有一定帮助.     

50 km无特征源的测量设备无关量子密钥分发实验

测量设备无关量子密钥分发协议可以免疫所有测量端的漏洞,极大地推进量子保密通信的实用化进程。美中不足的是,该协议依然对源端有极强的安全性假设。源端设备的非完美性同样会留下多种侧信道,从而威胁系统的实际安全性。针对此问题,提出无特征源测量设备无关量子密钥分发协议。该协议在量子态制备不完美的情况下依然可以提取出安全的密钥,是理论无条件安全性与实际安全性的完美结合。通过三强度诱骗态方法以及自行研制的Sagnac-Asymmetric-Mach-Zehnder编码结构,成功搭建无特征源的测量设备无关量子密钥分发系统,并在长为50.4 km的光纤信道和25 MHz的系统重复频率下达到1.91×10^-6的安全密钥分发速率。     

基于双偏振分束器的量子密钥分发系统

提出了利用两个偏振分束器的量子密钥分发系统，有效地解决了相位调制器的偏振依赖性问题. 以1310nm波长在通信距离为25km的光纤中实现了高密钥生成率，干涉对比度99.4%. 有效密钥生成率大于0.6kbit/s, 误码率0.5%. 关键词： 量子密钥分发 偏振分束器 单光子干涉     

结合高效BB84协议的差分密钥分发系统

提出一种新的相位编码方案,使用差分和高效BB84协议实现量子密钥分发.在保留差分编码优势的同时,此方案进一步增加系统的安全性.Alice端随机选择{0,π/2,π,3π/2}中的相位对信号脉冲进行调制,Bob端随机选择{0,π/2}中的相位对信号脉冲进行调制.为了提高成码率和简化系统,以η(η→1)的概率选取{0,π} 基对相位进行调制,此时系统运行差分编码,用于生成密钥;以(1－η)的概率选取{π/2,3π/2}基中的相位对脉冲信号进行调制.{π/2,3π/2}基的选用是为了增加系统维度和进行安全性评估,不用于生成密钥.设计相应的系统,利用微弱相干光脉冲在该新协议下进行编码,在接收端采用法拉第－迈克尔逊方式进行解码,在实验上实现了长期稳定的密钥分发,误码率＜5%,传输距离达85 km.     

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.     

量子密钥分发与量子安全直接通信

量子通信具有高安全性等优点,是当前的国际研究前沿,量子安全直接通信和量子密钥分发是两种重要的量子信息方式.量子密钥分发通过量子信道产生随机的密钥,而量子安全直接通信直接在量子信道中传输秘密信息.本文力图利用浅显易懂的语言介绍量子安全直接通信和量子密钥分发的基本原理;重点描述几个典型的量子安全直接通信方案,介绍目前的发展状态并展望未来.     

量子密钥分发实验中的符合测量方法

采用符合测量方法提高全光纤量子密钥分发系统的数据采集速度，寻求更高的密钥生成率。主要论述了光路中的改进和符合测量的步骤、方法以及在密钥分发实验中的应用。     

自组织量子点的量子态光学探测(英文)

半导体量子点主要包括在真空中外延生长的自组织量子点和在溶液中采用化学方法合成的胶体量子点,由于量子限制效应所导致的分立能级结构使得它们通常被称为"人工原子"。和自然原子不同,半导体量子点的能级结构强烈依赖于其尺寸和形状,这样就提供了更为灵活的方法来控制固体材料中的光与材料的相互作用。近年来,许多类原子的量子光学现象(包括量子干涉、Rabi振荡和Mollow荧光)都已经在单个的自组织量子点中揭示出来。与此形成对比的是,上述所有的类原子量子光学特性目前还没有在单个的胶体量子点中观察得到。在本文中,我们将侧重于介绍我们科研组以及我们和别的科研组合作对单个自组织量子点的单量子态在光学探测和相干控制方面完成的一系列工作。对单个的胶体量子点,我们认为量子相干特性的测量和控制将在新近合成的非荧光闪烁或荧光闪烁得到抑制的材料体系中得以实现。     

BB84协议的非一般安全性分析与模拟

给出了窃听者采用各种窃听策略,使用最先进的仪器(段-郭概率量子克隆机)的条件下BB84协议的非一般安全性分析,推导出Eve使用段-郭概率量子克隆机时,Alice和Bob间的码差错率下降为20.7%,这说明BB84协议的安全性仍然有效.最后用BB84协议对量子密钥生成与分发进行了程序模拟.     

量子保密通讯及经典密码

密码技术的发展经历了古典密码、现代密码和量子密钥分发三个阶段。首颗量子卫星“墨子号”的成功发射,使量子密钥分发技术迈向新里程。文章介绍了密码发展的各个进程,并详细介绍了目前广泛应用的RSA公钥密码系统,以及量子密钥分发使用的BB84协议,E91协议等。文末简要介绍了量子保密通信进展,并对“墨子号”量子科学实验卫星实验任务及重要意义做出解读。     

Practical non-orthogonal decoy state quantum key distribution with heralded single photon source

Recently the performance of the quantum key distribution （QKD） is substantially improved by the decoy state method and the non-orthogonal encoding protocol, separately. In this paper, a practical non-orthogonal decoy state protocol with a heralded single photon source （HSPS） for QKD is presented. The protocol is based on 4 states with different intensities. i.e. one signal state and three decoy states. The signal state is for generating keys; the decoy states are for detecting the eavesdropping and estimating the fraction of single-photon and two-photon pulses. We have discussed three cases of this protocol, i.e. the general case, the optimal case and the special case. Moreover, the final key rate over transmission distance is simulated. For the low dark count of the HSPS and the utilization of the two-photon pulses, our protocol has a higher key rate and a longer transmission distance than any other decoy state protocol.     

基于预报单光子源的相位匹配被动诱骗态量子密钥分配

基于预报单光子源,提出了一种相位匹配被动诱骗态量子密钥分配方案.在此方案中,通信双方仅需各产生单个强度的信号.根据通信双方本地探测器的响应情况,第三方的探测结果被分为四个集合,既起到信号态和诱骗态的作用,又共同参与参数估计和密钥生成,降低了系统实现的难度并改善了方案性能.仿真结果表明:相位匹配被动诱骗态方案的最大安全传...     

一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议

在实际量子密钥分发系统中,由于设备、器件存在缺陷,在量子态制备过程中往往存在误差,而这些态制备误差会导致一定的系统安全性漏洞.本文在Tamaki等(Phys. Rev.A 90 052314)的工作基础之上,提出了一种基于标记单光子源的态制备误差容忍量子密钥分发协议.本文将发送端制备态误差进行参数刻画并带入量子密钥协议安全性分析之中,避免了实际应用中由于态制备装置的不理想可能引入的安全性漏洞,提高了系统的安全性.同时,为了方便起见,本文采用三强度诱骗态方案开展建模分析与数值仿真计算.仿真结果显示,本文提出的协议对态制备误差具有很好的鲁棒性.同时,由于标记单光子源具有真空脉冲概率低的优点,与此前基于弱相干态脉冲的同类协议相比,我们的协议在传输距离较远时能够显示出更优的性能.因而,该工作有望为未来发展长距离量子保密通信应用与研究提供重要的参考价值.     

Two-Coherent-State Quantum Key Distribution Using a Large Reference Pulse for Security Enhancement

We demonstrate quantum key distribution based on Bennett’s two-coherent-state protocol [Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 3121]. The wavelength is set at 1550 nm for low-loss fiber transmission. A large reference pulse is used in order to enhance security of the protocol. The measured quantum bit-error rate is 2% for a fiber length of 10.5 km.