基于差分相移键控协议的双向量子密钥分配系统研究

采用差分相移键控(DPSK)协议分析了双向量子密钥分配(QKD)系统的性能，比较了BB84协议、BBM92协议和DPSK协议的安全通信速率与距离的关系，并对协议对抗一些攻击的安全性进行了分析，结果表明DPSK协议对长距离QKD系统非常实用，具有超过200 km的通信距离和较高的通信速率.     

基于差分相移键控协议的双向量子密钥分配系统研究

采用差分相移键控(DPSK)协议分析了双向量子密钥分配(QKD)系统的性能,比较了BB84协议、BBM92协议和DPSK协议的安全通信速率与距离的关系,并对协议对抗一些攻击的安全性进行了分析,结果表明DPSK协议对长距离QKD系统非常实用,具有超过200 km的通信距离和较高的通信速率. 关键词： 差分相移键控协议 量子效率 通信速率     

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…     

光纤耦合对量子密钥分配系统光子探测的影响

借助量子密码术和卫星可以实现全球性的保密通信网络。但使用现有的单光子探测模块搭建星地量子密钥分配(QKD)系统,接收端就面临着空间光-多模光纤耦合的技术挑战。空间光-多模光纤耦合条件对星地量子密钥分配系统的跟瞄精度提出了严格要求。理论分析和定量计算表明,跟瞄精度ε与光束发散角θdiv的比值ε/dθiv≤0.5时,星地量子密钥分配系统的光子探测概率较高,系统可以正常工作;ε/dθiv≤0.1时,系统处于量子密钥产生速率为几kb/s的更理想状况。采用短波长更有利于满足空间光-多模光纤耦合条件,同时有利于系统获得更高的密钥产生速率。     

近红外单光子探测

随着以单个光子作为信息载体的量子通信和量子加密技术的兴起,近红外单光子探测技术受到了广泛关注.近红外单光子探测系统具有极高的灵敏度,所以它还可以胜任探测其它近红外波段微弱光信号的任务.半导体雪崩光电二极管是当前最成熟的近红外单光子探测系统的核心元器件;文章阐明了雪崩光电二极管的暗电流和击穿电压对单光子探测的影响,同时还讨论了工作温度、直流偏置、门信号性质和计数阈值等系统参数之间相互制约的关系.     

稳定的低噪声自由空间量子密钥分配实验研究

基于量子密钥分配的基本原理,采用偏振短脉冲相干光源和双FM差分密钥分配的方案,进行了自由空间量子密钥分配的实验研究. 该方案具有噪声低,稳定性高,误码率低等优点,为空间量子保密通信提供了一个有意义的实施方案,具有一定的实用价值和学术意义. 关键词： 量子保密通信 量子密钥 自由空间 差分相位编码     

量子密钥分配系统中的通信速率和误码率

基于通信速率和误码率在量子保密通信研究中的重要性, 采用1.55 μm上转换单光子探测器, 分析其量子效率随抽运功率的变化关系, 得出1.55 μm上转换单光子探测器较传统的铟镓砷二极管具有较高的量子效率和较低暗计数的优势, 并根据通信距离、上转换单光子探测器的量子效率和暗计数之间建立一种平衡, 得出每种距离上探测器的优化方案; 在考虑个体攻击无量子记忆的条件下, 比较BB84协议, BBM92协议和差分相移协议的量子密钥分配(QKD)系统的安全通信速率和误码率随通信距离的变化关系, 得出了差分相移键控协议的量子密钥分配系统是一个非常实用的, 通信距离大于200 km的很有吸引力的长距离量子密钥分配系统。     

基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议

基于量子远程通信的原理, 本文借助双模压缩真空态和相干态, 提出一种连续变量量子确定性密钥分配协议. 在利用零差探测法的情况下协议的传输效率达到了100%. 从信息论的角度分析了协议的安全性, 结果表明该协议可以安全传送预先确定的密钥. 在密钥管理中, 量子确定性密钥分配协议具有量子随机性密钥分配协议不可替代的重要地位和作用. 与离散变量量子确定性密钥分配协议相比, 该协议分发密钥的速率和效率更高, 又协议中用到的连续变量量子态易于产生和操控、适于远距离传输, 因此该协议更具有实际意义.     

联合调制量子密钥分配系统

本文提出了一种对每一个单光子信号进行相位和偏振两种 编码调制的联合调制量子密钥分配(QKD)系统. 结合复合QKD系统的双速协议, 本文给出了在理想情形下可以通过一个信号光子生成两比特密钥的QKD协议, 明显提高了QKD协议的内禀光子利用率. 在稳定性方面, 本文发展了联合调制的Michelson型QKD系统, 从而在原理上解决了联合调制QKD系统的稳定性问题. 关键词： 量子密钥分配 双速协议 联合调制 量子密钥分配系统的稳定性     

光子数分束攻击对星地量子密钥分配系统安全的影响

由于仪器设备性能的不完美和信道传输损耗的存在,光子数分束(PNS)攻击对采用弱相干脉冲(WCP)光源的量子密钥分配(QKD)系统的安全性构成重大威胁.以基于WCP光源的星地QKD系统为研究对象,推导了在PNS攻击者采用最佳窃听策略进行窃听时,保证密钥绝对安全的最大天顶角和可采用的平均光子数之间的关系.理论分析和计算结果表明,星地QKD系统的最大安全传输天顶角和可使用的平均光子数等重要系统参数的取值上限均受PNS攻击的限制,最终系统的密钥交换速率和系统容量受到限制.对星地QKD系统的传输容量来说,天顶角和平均光子数是一对矛盾的影响因素.提供了一种对实际星地QKD系统的天顶角和平均光子数参数进行估算的方法.     

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。     

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。     

Evaluation of new large area PMT with high quantum efficiency

The neutrino detector of the Jiangmen Underground Neutrino Observatory(JUNO) is designed to use20 kilotons of liquid scintillator and approximately 16000 20 inch photomultipliers(PMTs).One of the options is to use the 20 inch R12860 PMT with high quantum efficiency which has recently been developed by Hamamatsu Photonics.The performance of the newly developed PMT preproduction samples is evaluated.The results show that its quantum efficiency is 30%at 400 nm.Its Peak/Valley(P/V) ratio for the single photoelectron is 4.75 and the dark count rate is 27 kHz at the threshold of 3 mV while the gain is at 1 × 10~7.The transit time spread of a single photoelectron is 2.86 ns.Generally the performances of this new 20 inch PMT are improved over the old one of R3600.     

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     

Analysis of the differential-phase-shift-keying protocol in the quantum-key-distribution system

The analysis is based on the error rate and the secure communication rate as functions of distance for three quantum-key-distribution (QKD) protocols: the Bennett--Brassard 1984, the Bennett--Brassard--Mermin 1992, and the coherent differential-phase-shift keying (DPSK) protocols. We consider the secure communication rate of the DPSK protocol against an arbitrary individual attack, including the most commonly considered intercept-resend and photon-number splitting attacks, and concluded that the simple and efficient differential-phase-shift-keying protocol allows for more than 200 km of secure communication distance with high communication rates.     

High performance of gated-mode single-photon detector at 1.55 μm

High performances of single-photon detection at 1.55 μm were achieved by operating InGaAs/InP avalanche photodiodes in the gated mode at the optimized temperature. As short pulses used in the gated-mode detection produce strong spikes, a transformer-based method was invented to cancel the spikes, which makes it possible to reduce the dark counts by using short-gate pulse durations, and to discriminate the avalanche signals at low thresholds. The spike-cancellation single-photon detection at the optimized temperature produced a detection efficiency of 20% with a dark-count probability of 3.4 × 10⁻⁷ per pulse. With such a single-photon detector, a stable single-photon routing was realized in 155 km optical fibers with the average photon number 〈n〉 = 0.1 per pulse, exhibiting a fringe contrast of 87%.     

Performance of a superconducting single photon detector with nano-antenna

<正>The performance of single-photon detectors can be enhanced by using nano-antenna.The characteristics of the superconducting nano-wire single-photon detector with cavity plus anti-reflect coating and specially designed nanoantenna is analysed.The photon collection efficiency of the detector is enhanced without damaging the detector’s speed,thus getting rid of the dilemma of speed and efficiency.The characteristics of nano-antenna are discussed,such as the position and the effect of the active area,and the best result is given.The photon collection efficiency is increased by 92 times compared with that of existing detectors.     

Heralded amplification of single-photon entanglement with polarization feature

Heralded noiseless amplification is beneficial in overcoming transmission photon loss in a noisy quantum channel. We propose a single-photon-assisted heralded noiseless amplification protocol of the singlephoton entanglement (SPE), where the single-photon qubit has an arbitrary unknown polarization feature. We focus on both the complete and partial photon loss during the transmission process. After the amplification, the parties can recover the pure less-entangled SPE into a maximally entangled SPE and increase its fidelity. Moreover, the polarization feature of the single-photon qubit will be well preserved and not be leaked. Our protocol can be realized under our current experimental condition. Based on the features above, our protocol may be useful in the quantum secure communication schemes that encode information in the polarization degree of freedom of photons.