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}     

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

连续变量量子密钥分发系统同步方案及实现

同步技术是连续变量量子密钥分发系统的核心技术之一,能实现通信双方的实时通信,确保量子信息的有效提取。本文提出了一种新型的同步方案,能有效克服量子信道噪声及误码的影响,实现发送端和接收端的准确同步。文章从理论上介绍了方案的同步机制,并对其性能进行了仿真分析。     

双协议量子密钥分发系统实验研究

提出了一种改进的基于时间和相位混合编码的量子密钥分发方案, 并进行了实验研究.在以BB84协议为基础的相位编码量子密钥分发系统上, 利用了系统中原来舍弃的脉冲进行时间编码, 使成码率提高为原方案的二倍. 系统同时获得时间编码密钥和相位编码密钥, 现在可以将两组密钥组合成新密钥, 提高了成码率和监测窃听灵敏度. 同时在系统的接收端用双FM反射式干涉仪代替传统的光纤M-Z干涉仪,提高了系统的稳定性. 实验上已实现90km光纤量子密钥分发, 实验表明本系统具有安全性高,稳定性好,成本低的优点. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 相位编码 时间编码     

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     

基于光前置放大器的量子密钥分发融合经典通信方案

量子密钥分发融合经典通信方案将连续变量量子密钥分发和经典通信合并到了一起,为将来在现有的光网络上同时进行密钥分发和经典通信提供了一个有效的方法.然而,在量子信号上叠加一个经典信号将会给连续变量量子密钥分发系统引入过噪声从而大大降低系统的性能.本文提出基于光前置放大器的量子密钥分发融合经典通信方案,即在接收端插入光前置放...     

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.     

离散调制连续变量量子密钥分发的安全边界

对一种结合离散调制和反向协调,适用于长距离传输的连续变量量子密钥分发四态协议的安全性进行了严格证明.这种协议中Alice发送的态与高斯调制协议中的有一定差异,这种差异可以等价成信道衰减和额外噪声.另外,由于Alice不可能做到精确调制,这会导致其发送的相干态中含有噪声.把这种调制引起的噪声看作光源的噪声,并推导出了在光源噪声不能被窃听者所利用的条件下的安全码率的下界.为了避免实验上快速、随机的控制本地振荡光的相位,还将无开关协议和四态协议相结合,分析了其安全性.     

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.     

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     

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     

量子密码术

根据量子力学中的海森伯不确定性原理，任何窃听者无法窃听量子密码通信中的信息而不被发现，本文讲述了量子密钥生成的基本原理，介绍了当前实验研究的进展，面临的技术挑战及安全性问题，最后展望了发展前景和今后的发展方向。     

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。     

Comparing the efficiencies of different detect strategies in the ping-pong protocol

The way to compare the efficiencies of different detect strategies (DSs) in the “ping-pong” protocol is studied. The trade-off between information gain and disturbance is calculated and compared for different DSs. The comparison result primely tallies with our intuitional analysis. It is shown that the analysis of this trade-off is a feasible way to compare the performances of different DSs in theory. Supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2006AA01Z419), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 90604023 and 6087319), the National Laboratory for Modern Communications Science Foundation of China (Grant No. 9140C1101010601), the Natural Science Foundation of Beijing (Grant No. 4072020), and the ISN Open Foundation.     

An Efficient Routing Protocol for Quantum Key Distribution Networks

Quantum key distribution (QKD) can provide point-to-point information-theoretic secure key services for two connected users. In fact, the development of QKD networks needs more focus from the scientific community in order to broaden the service scale of QKD technology to deliver end-to-end secure key services. Of course, some recent efforts have been made to develop secure communication protocols based on QKD. However, due to the limited key generation capability of QKD devices, high quantum secure key utilization is the major concern for QKD networks. Since traditional routing techniques do not account for the state of quantum secure keys on links, applying them in QKD networks directly will result in underutilization of quantum secure keys. Therefore, an efficient routing protocol for QKD networks, especially for large-scale QKD networks, is desperately needed. In this study, an efficient routing protocol based on optimized link-state routing, namely QOLSR, is proposed for QKD networks. QOLSR considerably improves quantum key utilization in QKD networks through link-state awareness and path optimization. Simulation results demonstrate the validity and efficiency of the proposed QOLSR routing protocol. Most importantly, with the growth of communication traffic, the benefit becomes even more apparent.     

量子直接通信

量子直接通信是量子通信中的一个重要分支, 它是一种不需要事先建立密钥而直接传输机密信息的新型通信模式. 本综述将介绍量子直接通信的基本原理, 回顾量子直接通信的发展历程, 从最早的高效量子直接通信协议、两步量子直接通信模型、量子一次一密直接通信模型等, 到抗噪声的量子直接通信模型以及基于单光子多自由度量子态及超纠缠态的量子直接通信模型, 最后介绍量子直接通信的研究现状并展望其发展未来.     

An efficient quantum secure direct communication scheme with authentication

In this paper an efficient quantum secure direct communication (QSDC) scheme with authentication is presented, which is based on quantum entanglement and polarized single photons. The present protocol uses Einstein--Podolsky--Rosen (EPR) pairs and polarized single photons in batches. A particle of the EPR pairs is retained in the sender's station, and the other is transmitted forth and back between the sender and the receiver, similar to the `ping--pong' QSDC protocol. According to the shared information beforehand, these two kinds of quantum states are mixed and then transmitted via a quantum channel. The EPR pairs are used to transmit secret messages and the polarized single photons used for authentication and eavesdropping check. Consequently, because of the dual contributions of the polarized single photons, no classical information is needed. The intrinsic efficiency and total efficiency are both 1 in this scheme as almost all of the instances are useful and each EPR pair can be used to carry two bits of information.     

Quantum Communication Scheme Using Non-symmetric Quantum Channel

A theoretical quantum communication scheme based on entanglement swapping and superdense coding is proposed with a 3-dimensional Bell state and 2-dimensional Bell state function as quantum channel, quantum key distribution and quantum secure direct communication can be simultaneously accomplished in the scheme. The scheme is secure and has high source capacity. At last, we generalize the quantum communication scheme to d-dimensional quantum channel     

A New Quantum Communication Scheme by Using Bell States

A new quantum communication scheme based on entanglement swapping is presented. Simplified calculation symbols are adopted to realize the process. Quantum key distribution and quantum secure direct communication can be simultaneously accomplished in the scheme. Two legitimate communicators can secretly share four certain key bits and four random key bits via three EPR pairs (quantum channels).