基于标记配对相干态和轨道角动量的量子密钥分配

针对标记配对相干态(HPCS)下量子密钥分配协议采用极化编码和相位编码带来基的依赖性问题,研究了基于HPCS和轨道角动量(OAM)的非对称信道测量设备无关的量子密钥分配协议。分析了该协议在不同距离比率下的平均光子数、误码率、密钥生成率与信道传输损耗的关系。在HPCS和OAM下,对比了对称信道和非对称信道测量设备无关的量子密钥协议的性能优劣。仿真结果表明:采用HPCS弥补了弱相干光源和标记单光子源的不足,大大减少真空脉冲并增加了单光子脉冲;随着信道传输损耗的增大,密钥生成率和安全传输距离逐渐减小,但非对称信道的性能仍优于对称信道的。     

标记配对相干态下有限探测器死时间的测量设备无关量子密钥分配

量子密钥分配在实际应用中会受到有限探测器死时间的影响,当信号脉冲发送速率过大时,探测器测量失败的概率增加,安全密钥生成速率降低。对标记配对相干态光源下测量设备无关量子密钥分配的有限探测器死时间问题进行了分析。研究并仿真了安全密钥生成速率与信号发送速率的关系。考虑探测器死时间时,基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率比基于弱相干光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率高。分析了有限探测器死时间τ分别为50,100,150 ns时安全密钥生成速率的情况。结果表明,有限探测器死时间越大,安全密钥生成速率的极限值越低。安全密钥生成速率的极限与有限探测器死时间的关系为8.1×10³/τ。     

基于弱相干态光源的非正交编码被动诱骗态量子密钥分配

基于改造的弱相干态光源,提出了一种非正交编码被动诱骗态量子密钥分配方案.该方案不主动制备诱骗态,而是根据发送端探测器是否响应,将接收端的探测结果分为响应集合和未响应集合,以此分别作为信号态和诱骗态,并利用这两个集合来估计参量和生成密钥.数值仿真表明,非正交编码被动诱骗态方案的密钥生成效率和安全传输距离都优于现有的被动诱骗态方案,且性能非常接近主动无穷诱骗态方案的理论极限值;未响应集合对密钥生成的参与使方案性能免受发送端探测效率的影响,弥补了实际探测器探测效率低下的缺陷;由于不需要主动制备诱骗态,该方案实现非常简单,适用于高速量子密钥分配的场合. 关键词： 量子光学 量子密钥分配 被动诱骗态 密钥生成效率     

基于两种光源的诱发态量子密钥分配性能分析

单光子的衰减特性及其易受干扰的缺点限制了纯单光子量子系统的传输码率及距离.弱相干光脉冲(WCP)光源和准单光子源(HSPS)则具有更高的实用价值.本文将这两种光源和诱发态方案相结合并采用Lütkenhaus和Gottesman-Lo- Lütkenhaus-Preskill (GLLP)两种数据后处理方法进行性能分析.仿真结果表明:HSPS在传输距离上要优于WCP,对应相同传输距离时系统量子误码率(QBER)要小些,但相对密钥生成率低. 关键词： 量子密钥分配 诱发态 WCP光源 HSPS光源     

基于实用光源的诱惑态量子密钥分配研究

文章通过比较主动诱惑态和被动诱惑态的特性,假设所有可测量都围绕渐近值上下波动,得到相应变量的偏离量,采用标准误差法分析实用光源条件下,有限脉冲数编码对密钥生成率和传输距离的影响,比较了主动诱惑态、被动诱惑态 、无限长时间极限情况和不同量子效率条件下密钥生成率随传输距离的变化关系,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数. 关键词： 诱惑态 量子密钥分配 统计涨落     

奇相干光源的测量设备无关量子密钥分配研究

刻画了奇相干光源的光子数分布特征,研究了奇相干光源下诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率与安全传输距离的关系,推导了奇相干光源下的计数率下界和误码率上界.仿真结果表明,奇相干光源光子数分布中多光子脉冲的比例低于弱相干光,可以有效提高诱骗态测量设备无关密钥分配系统的最大安全通信距离,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.     

基于轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发

提出了一种基于标记配对相干态(HPCS)和轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发(RRDPS-QKD)方案,以光子轨道角动量作为信息载体,使用多种不同拓扑荷的轨道角动量的叠加态进行RRDPS-QKD的信息编码,显著提高了密钥生成率。使用HPCS作为量子光源,有效减小了空脉冲和多光子脉冲的比例,提高了密钥生成率。分析了光源在湍流大气信道中的传输特性,考虑了信道衰减和大气湍流对系统性能的影响。     

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...     

基于相干叠加态的非正交编码诱骗态量子密钥分发

非正交编码协议和诱骗态方法可以有效地抵御光子数分离攻击. 由于相干叠加态中单光子成分高达90%, 常作为单光子量子比特的替代出现, 用于量子信息过程处理和计算. 本文结合非正交编码协议和诱骗态方法提出一种新的量子密钥分发方案, 光源采用相干叠加态, 推导了单光子的密钥生成速率、计数率下限和误码率的上限, 利用Matlab 模拟了无限多诱骗态情况下和有限多诱骗态情况下密钥生成速率和传输距离的关系, 得出该方案可以提升密钥生成速率并且提高安全传输距离, 验证了该方案可以进一步提高量子密钥分发系统的性能.     

截头相干态及其量子统计性质

本文引入一类新的最子光场态│αｍ〉，称截头相干态，它由Ｇｌａｕｂｅｒ相干态的数态展开式中去掉前面ｍ－１个数态所剩部分构成，即│α，ｍ〉＝ＡｍΣ＾∞ｎ＝ｍα＾ｎ／√ｎ！│ｎ〉，Ａｍ是归一化常数。我们研究了这些态的量子统计性质，预言了一种与相干态具有相同的一，二阶相干度但不同的高介相干度的光。     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%，以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展，提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后，将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中，使系统的安全传输距离可达到2215km，比使用普通探测器的系统增加了约50km.     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%,以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展,提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后,将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中,使系统的安全传输距离可达到2215km,比使用普通探测器的系统增加了约50km. 关键词： 量子密钥分发 诱惑态 HSPS光源 双探测器     

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.     

一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案

提出一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案.在发端采用参量下变换产生纠缠光子对,其中之一用来进行预报探测,根据探测结果将另一路光脉冲分成两个集合,其中预报探测有响应的脉冲集合用作信号态,无响应的脉冲集合作为诱骗态.由于探测效率的问题,这两个集合都是有光子的,通过这两个集合的通过率和错误率估计出单光子的通过率和错误率.此方法不需要改变光强,简单可行.仿真结果表明：该方法可以达到完美单光子源的安全通信距离;与预报单光子源的量子密钥分发相比,密钥产生率有了很大的提高;和三强度预报单光子源诱骗态量子密钥分发的 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 诱骗态 预报单光子源     

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.     

Passive decoy-state quantum key distribution for the weak coherent photon source with finite-length key

Passive decoy-state quantum key distribution systems, proven to be more desirable than active ones in some scenarios,also have the problem of device imperfections like finite-length keys. In this paper, based on the WCP source which can be used for the passive decoy-state method, we obtain the expressions of single-photon error rates, single-photon counts, and phase error rates. According to the information of smooth min-entropy, we calculate the key generation rate under the condition of finite-length key. Key generation rates with different numbers of pulses are compared by numerical simulations. From the results, it can be seen that the passive decoy-state method can have good results if the total number of pulses reaches 1010. We also simulate the passive decoy-state method with different probabilities of choosing a pulse for parameter estimation when the number of pulses is fixed.     

Quantum interference between heralded single photon state and coherent state

Balanced homodyne detection has been introduced as a reliable technique of reconstructing the quantum state of a single photon Fock state, which is based on coupling the single photon state and a strong coherent local oscillator in a beam splitter and detecting the field quadrature at the output ports separately. The main challenge associated with a tomographic characterization of the single photon state is mode matching between the single photon state and the local oscillator. Utilizing the heralded single photon generated by the spontaneous parametric process, the multi-mode theoretical model of quantum interference between the single photon state and the coherent state in the fiber beam splitter is established.Moreover, the analytical expressions of the temporal-mode matching coefficient and interference visibility and relationship between the two parameters are shown. In the experimental scheme, the interference visibility under various temporalmode matching coefficients is demonstrated, which is almost accordant with the theoretical value. Our work explores the principle of temporal-mode matching between the single photon state and the coherent photon state, originated from a local oscillator, and could provide guidance for designing the high-performance balanced homodyne detection system.     

Performance of passive decoy-state quantum key distribution with mismatched local detectors

In quantum key distribution(QKD),the passive decoy-state method can simplify the intensity modulation and reduce some of side-channel information leakage and modulation errors.It is usually implemented with a heralded single-photon source.In Wang et al 2016(Phys.Rev.A 96032312),a novel passive decoy-state method is proposed by Wang et al,which uses two local detectors to generate more detection events for tightly estimating channel parameters.However,in the original scheme,the two local detectors are assumed to be identical,including the same detection efficiency and dark count rate,which is often not satisfied in the realistic experiment.In this paper,we construct a model for this passive decoy-state QKD scheme with two mismatched detectors and explore the effect on QKD performance with certain parameters.We also take the finite-size effect into consideration,showing the performance with statistical fluctuations.The results show that the efficiencies of local detectors affect the key rate more obviously than dark count rates.