红外单光子探测器

量子密码术可以构造出理论上不可破的密码体制、密码协议.而该技术所利用的量子态就是单光子.因此如何成功的探测红外单光子将是实现量子密码的一个关键环节.     

量子密码研究的进展与方向

由于重要的应用需求牵引,量子密码技术在最近的两年内取得了长足的进步,传输距离延长了近100公里,稳定性和安全性也都有大幅度的提高.本文基于国内外的最新报道和作者的实际体会,对量子密码术研究的关键性进展进行了评述.鉴于量子密码技术已近实用化,作者提出了建立我国量子密码系统安全评价标准的建议.最后,本文还讨论了量子密码技术目前面临的问题和可能的发展方向.     

连续变量量子密码术

文章综述了连续变量量子密码术的基本原理，突出了其在光源制备、光子探测以及量子密钥生成的码率等办面相对于单光子量子密码术的优越性，给出了连续变量量子密码术的安全性以及对线路噪声的具体要求，提出了连续变量量子密码术目前所面临的主要困难和今后的发展前景。     

光纤量子密码网络

 数字通信和数字信号处理领域的快速发展直接推动了20世纪后半叶兴起的信息革命。今天的数字信息系统仍然只在经典物理的范畴。每一个比特的信息都能完全的被经典器件描述，比如说一个晶体管或者微处理器的输入电压高低来代表0或者1。然而，信息也能通过量子力学的方式来处理和传输，这就产生了全新的量子信息科学。量子信息科学的一个典型应用就是量子密码术，在过去的十几年中发展十分迅速，美国和欧洲甚至都已经有比较成熟的商业产品。那么，什么是量子密码术，它的基本工作原理是什么，量子密码网络又是解决什么问题的。希望通过本文的叙述，读者能有大致的了解。     

量子密码及BB84协议的分析

拥有强大破密功能的量子计算机的出现预示着传统的RSA密码算法最终将被淘汰．要对付量子计算机惊人的密码破译功能，唯一途径就是运用量子密码技术．作为量子密码术中最基本的协议，BB84协议有其独特的优势．尽管我们是一年级学生，但在《双语物理导论》课程教育理念的鼓励下，带着对量子密码的兴趣，我们小组展开了对它的初步研究，阐述了量子密码学原理及BB84协议，并就此分析了其安全性及制约因素．     

应用伪随机序列的量子密码术

本文应用伪随机序列，提出了一个基于测不准原则的量子密码术新方案，使得量子密钥传递过程的理想传输效率达到１００％。在保持满意的安全性的同时提高了传输速率。采用该方案可以实现远距离量子保密通信。     

量子信息光学

介绍了一门新的学科分支－量子信息光学。它是量子光学与信息科学相结合的产物。光场的量子效应在实现大容量的信息传输，超高精度的信息检测以及不可破译、不可窃听的量子密码术方面有着极其重要的应用前景，在光子学的发展中将发挥独特的作用。该文阐述了量子信息光学中若干物理问题和研究方向，包括超低噪声光源、量子信息复制、量子态工程、量子非破坏性测量和量子密码术。     

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。     

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。     

量子密码技术开辟通信安全新时代

 2004年6月3日,世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行。主持这套网络建设的是美国BBN技术公司。新的量子密码通信网络已成功地实现了该公司与哈佛大学之间的连接,不久将延伸至波士顿大学。新的量子密码通信网络与现有因特网技术完全兼容,网络传输距离约为10千米。这个由美国BBN技术公司研发的量子密码通信网络和现有的宽带网并没有太大的不同---采用普通光纤传输数据,并且与普通网络完全兼容。与普通网络不同的是,该网络中传输的数据采用了量子密码技术进行加密。     

Continuous variable quantum key distribution

Quantum key distribution enables unconditionally secure key distribution between two legitimate users.The information-theoretic security is guaranteed by the fundamental laws of quantum physics.Initially,the quantum key distribution protocol was proposed based on the qubits.Later on,it was found that quantum continuous variables can also be exploited for this target.The continuous variable quantum key distribution can build upon standard telecommunication technology and exhibits a higher secret key rate per pulse at a relatively short distance due to the possibility of encoding more than 1 bit per pulse.In this article,we review the current status of the continuous variable quantum key distribution research,including its basic principle,experimental implementations,security and future directions;the experimental progress in this field made by our group is also presented.     

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].     

基于半波片的偏振跟踪理论分析

分析了卫星量子密钥分配中采用半波片进行偏振跟踪的原理，通过旋转半波片实现对偏振“零”方向的跟踪.针对BB84协议和B92协议，给出了三组共轭基六个光子偏振态的变换关系式，分析了基于偏振跟踪的量子密钥编码原理. 关键词： 量子密钥分配 偏振跟踪 半波片     

Quantum‐Memory‐Assisted Entropic Uncertainty Relations

Uncertainty relations take a crucial and fundamental part in the frame of quantum theory, and are bringing on many marvelous applications in the emerging field of quantum information sciences. Especially, as entropy is imposed into the uncertainty principle, entropy‐based uncertainty relations lead to a number of applications including quantum key distribution, entanglement witness, quantum steering, quantum metrology, and quantum teleportation. Herein, the history of the development of the uncertainty relations is discussed, especially focusing on the recent progress with regard to quantum‐memory‐assisted entropic uncertainty relations and dynamical characteristics of the measured uncertainty in some explicit physical systems. The aims are to help deepen the understanding of entropic uncertainty relations and prompt further explorations for versatile applications of the relations on achieving practical quantum tasks.     

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.     

A Three-Stage Quantum Cryptography Protocol

We present a three-stage quantum cryptographic protocol based on public key cryptography in which each party uses its own secret key. Unlike the BB84 protocol, where the qubits are transmitted in only one direction and classical information exchanged thereafter, the communication in the proposed protocol remains quantum in each stage. A related system of key distribution is also described.     

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.     

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.     

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.