一种稳定的自由空间量子密钥分配实验系统

基于量子密钥分配的基本原理,采用B92方案,以单光子作为信息载体,使用极化编码,搭建了一个简单易行的实验装置,实现了自由空间传输的量子密钥分配,平均每脉冲光子数为0．1,粗码率12．7kbits／s,误码率4％左右。     

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     

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     

运行双协议相位调制的量子密钥分发系统

基于差分编码方式提出一种改进方案.在Alice端用光纤马赫-曾德干涉仪产生双脉冲差分信号；在Bob端，用双法拉第反射式麦克尔逊干涉仪代替光纤马赫-曾德干涉仪，这种干涉仪能自动补偿环境引起的偏振抖动和光纤双折射引起的相位漂移，从而提高系统稳定性.双协议(即双脉冲差分协议联合BB84协议)的使用，增强了系统的安全性.该系统具有高效、安全、简洁、稳定等优点，在实验上实现了长期稳定的密钥分发和量子保密通信，误码率<5%，传输距离达80km.     

时间和相位混合编码的量子密钥分发方案

提出了一种在双马赫-曾德尔干涉仪量子保密通信系统上同时实现时间编码和相位编码的混合量子密钥分发方案.提出的方案将原来相位编码方案中丢弃的脉冲进行时间编码,因此成码率是原方案的二倍.系统同时获得时间编码密钥和相位编码密钥,既可以一组用于通信,另一组用于监视窃听,又可以将两组密钥组合成新密钥.系统具有良好的应用前景. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 相位编码 时间编码     

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}     

相位调制自由空间量子密钥分配

通过一组正对的望远镜耦合，采用以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为基础的相位编码方式，成功地实现了实验室内12m距离的自由空间量子密钥分配. 实验表明这样的系统工作稳定可靠，与偏振编码一样，相位编码也可用于自由空间的量子密钥分配. 关键词： 不等臂Mach-Zehnder干涉仪 量子密钥     

相位调制量子密钥分配系统中低频振动相移的实时跟踪补偿

环境变化引起的相位漂移是双Mach-Zehnder量子密钥分配系统中误码和不稳定性的主要来源.相位漂移由高频振动和低频振动两部分组成，大部分这类振动的影响采用隔振措施(如用泡沫、橡皮包垫隔音)可以消除，而周期为3±0.32 min的低频振动依然存在.报道了对这种低频固有振动引起的相移进行实时跟踪和补偿的方法.实验表明，采用这种方法实验室内实现75 km量子密钥分配和量子保密通信，在24 h内能长期稳定运行，误码率低于6%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分配 低频振动 实时相位补偿     

基于交换节点的量子密钥分配网络结构的实验研究(英文)

针对量子网络在运行过程中存在着灵活性差、耗材多、升级困难等缺点,本文提出一种基于交换节点的更加灵活、节能、高效的新型量子密钥分配网络结构,即利用环形器和粗波分复用技术,将交换节点和量子/经典光信号收发节点结合,组成星型量子网络.该网络将量子信号、同步信号和经典光信号融合到一根光纤中传输,节省了大量的光纤资源;如果需要增加用户只需更改交换节点内部的结构即可,升级灵活.本文在这个结构的基础上进行了一系列实验研究,证明了此结构对量子密钥分配的误码率和密码产生速率影响很小,且三种信号之间的干扰基本不影响量子网络的通信效果,在优化之后可以用于量子城域网中.     

多光子强光脉冲用于量子密钥分配

通常的量子密钥分配是建立在单光子计数的基础上的 .这种分配方案易受环境干扰 ,因而传输速率较低 .近来 ,有理论工作者主张 :使用连续变量 (而不是量子比特 ,qubits)实现量子密钥分配 ,以便更快和更有效地传送保密信息 .在 2 0 0 3年第 4 2 1卷第 2 38页的Nature中 ,来自法国法布里光学实验室的Grosshans等发表了他们的最新的研究结果 .他们用实验展示了一个全新的量子密钥分配协议 :高斯线型调制的相干态传输 (由激光脉冲组成 ,每个脉冲包含数百个光子 )和限制散粒噪声的零拍检波(homodynedetection) .在新的密钥传输过程中 ,不需要对激…     

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     

自动补偿高效的差分相位编码QKD系统

提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案.在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度.简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性.在实验上实现了稳定的80km量子密钥分配，误码率<4%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码 偏振型强度调制器     

Security analysis on some experimental quantum key distribution systems with imperfect optical and electrical devices

In general, quantum key distribution （QKD） has been proved unconditionally secure for perfect devices due to quantum uncertainty principle, quantum noneloning theorem and quantum nondividing principle which means that a quantum cannot be divided further. However, the practical optical and electrical devices used in the system are imperfect, which can be exploited by the eavesdropper to partially or totally spy the secret key between the legitimate parties. In this article, we first briefly review the recent work on quantum hacking on some experimental QKD systems with respect to imperfect devices carried out internationally, then we will present our recent hacking works in details, including passive faraday mirror attack, partially random phase attack, wavelength-selected photon-number-splitting attack, frequency shift attack, and single-photon-detector attack. Those quantum attack reminds people to improve the security existed in practical QKD systems due to imperfect devices by simply adding countermeasure or adopting a totally different protocol such as measurement-device independent protocol to avoid quantum hacking on the imperfection of measurement devices [Lo, et al., Phys. Rev. Lett., 2012, 108： 130503].     

Lower bound for the security of differential phase shift quantum key distribution against a one-pulse-attack

Quantum key distribution is the art of sharing secret keys between two distant parties, and has attracted a lot of attention due to its unconditional security. Compared with other quantum key distribution protocols, the differential phase shift quantum key distribution protocol has higher efficiency and simpler apparatus. Unfortunately, the unconditional security of differential phase shift quantum key distribution has not been proved. Utilizing the sharp continuity of the von Neuman entropy and some basic inequalities, we estimate the upper bound for the eavesdropper Eve's information. We then prove the lower bound for the security of the differential phase shift quantum key distribution protocol against a one-pulse attack with Devatak-Winter's secret key rate formula.     

Synchronization of free-space quantum key distribution

In this paper, it is investigated that how the atmosphere effects on the synchronization accuracy in free-space quantum key distribution (QKD). We measured the synchronization error of a free-space QKD in our near-ground platform. According to experimental results and theoretical calculations, we deduce that the intensity fluctuation of synchronization light due to atmosphere disturbance contributes far more to the synchronization accuracy than others. By using the constant fraction discrimination method, the synchronization error of the free-space QKD, passing through the aerosphere, can be limited within 300 ps which meets the synchronization requirement of a satellite-to-ground QKD system.     

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     

Failure of Kak quantum key distribution protocol

Kak’s quantum key distribution (QKD) protocol provides not only the distribution but also the integrity of secret key simultaneously in quantum channel. Consequently the additional exchange of information, used to check whether an eavesdropper exists, is unnecessary. In this comment, we will point out the failure of Kak’s protocol and show that Kak’s protocol does not have the joint distribution and integration that the author declares in [1].     

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.