基于超纠缠交换的量子密钥分发

给出一种基于超纠缠交换的量子密钥分发方案，这个方案可以同时产生确定密钥和随机密钥，并且它的安全性不受任何损害.这个方案只需要一对在空间(路径)模式和极化模式上超纠缠的光子就能获得4 bit的密钥(2 bit随机密钥和2 bit确定密钥).在目前的实验条件下，这个方案可以通过线性光学来实现. 关键词： 量子密钥分发 超纠缠 线性光学     

基于Turbo码的量子高斯密钥分发的数据协调

为了使加密系统中两个合法用户Alice和Bob从量子信道传送的相关的高斯连续变量X和y中获取出密钥,通过一个理想公共授权信道传送部分信息进而从不一致的X和y中得到一致的二进制密钥,这一过程称为协调.本文在样条纠错(Sliced Error Correction,SEC)和多级编码/多路译码(Multi Level coding/Multi Stage Decoding,MLC/MSD)方案的基础上,构建了一套以Turbo纠错码为基础的连续变量量子密钥分发系统的反向数据协调方案.提出了以Turbo码的校验比特流为协调信息的Slepian-Wolf编译码方案.仿真结果表明可在信道信噪比7 dB以上实现20000个连续变量序列的协调.     

利用诱骗信号方案进行实用的量子密钥分发

真实量子密钥分发系统中不完善的单光子源和信道损耗的存在,使得现有基于弱相干态的量子密码实验在分束攻击下并不安全,诱骗信号方案能实现基于现有技术绝对安全的量子密钥分发,并能有效提高密钥分发率和安全传输距离,因此成为近年来量子通信研究的热点问题.结合现实量子密码系统的一般模型,介绍目前几种典型的诱骗信号方案以及实验进展,综述了诱骗信号方案的发展情况和最新成果,并对未来的研究方向进行了展望.     

量子密钥分发中Cascade协议的一种改进方案

密钥协商是量子密钥分发(QKD)中的重要组成部分.Cascade协议是实际中使用最广泛的量子密钥协商协议.本文基于[6]的工作提出一种对Cascade协议的改进方案.计算机仿真显示我们的方案比原始Cascade和一些其它改进方案有更高的效率.     

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。     

基于峰值补偿的连续变量量子密钥分发方案

在实际的连续变量量子密钥分发系统中,接收端模数转换器的有限采样带宽会导致脉冲峰值采样结果不准确,从而使参数估计过程产生误差,给窃听者留下了安全性漏洞.针对这个问题,本文提出一种基于峰值补偿的连续变量量子密钥分发方案,利用高斯脉冲的基本特性来估计每个脉冲的最大采样值与脉冲峰值之间的偏差,从而对该采样值进行峰值补偿,使系统...     

基于双模压缩态的量子密钥分发方案

提出了一种基于双模压缩态的量子密钥分发方案，采用Shannon信息论分析了该协议抵抗光束分离攻击的能力，得到秘密信息速率与压缩因子、信道参数之间的解析表达式，双模压缩态的模间关联性保证了该方案的安全性.     

基于量子催化的离散调制连续变量量子密钥分发

相比于离散变量量子密钥分发,连续变量量子密钥分发虽然具备更高的安全码率等优势,但是在安全传输距离上却略有不足.尽管量子催化的运用对高斯调制连续变量量子密钥分发协议的性能,尤其在安全传输距离方面有着显著的提升,然而能否用来改善离散调制协议的性能却仍然未知.鉴于上述分析,本文提出了一种基于量子催化的离散调制协议的方案,试图在安全密钥率、安全传输距离和最大可容忍过噪声方面进一步提升协议性能.研究结果表明,在相同参数下,当优化量子催化引入的透射率T,相比于原始四态调制协议,所提方案能够有效地提升量子密钥分发的性能.特别是,对于可容忍过噪声为0.002,量子催化可将安全通信距离突破300 km,密钥率为10^-8bits/pulse,而过大的可容忍噪声会抑制量子催化对协议性能的改善效果.此外,为了彰显量子催化的优势,本文给出了点对点量子通信的最终极限Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi边界,仿真结果表明,虽然原始方案与所提方案都未能突破这种边界,但是相比于前者,后者能够在远距离通信上逼近于这种边界,这为实现全球量子安全通信的最终目标提供理论依据.     

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.     

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.     

Quantum Key Distribution Scheme Based on Dense Encoding in Entangled States

A quantum key distribution protocol, based on the quantum dense encoding in entangled states, is presented. In this protocol, we introduce an encoding process to encode two classical bits information into one of the four one-qubit unitary operations implemented by Alice and the Bell states measurement implemented by Bob in stead of direct measuring the previously shared Einstein-Podolsky-Rosen pairs by both of the distant parties, Alice and Bob. Considering the practical application we can get the conclusion that our protocol has some advantages. It not only simplifies the measurement which may induce potential errors, but also improves the effectively transmitted rate of the generated qubits by the raw key. Here we also discuss eavesdropping attacks against the scheme and the channel loss.     

Deterministic Quantum Key Distribution Using Two Non-orthogonal Entangled States

A deterministic quantum key distribution scheme using two non-orthogonal entangled states is proposed.In the proposed scheme,communicators share key information by exchanging one travelling photon with two random and secret polarization angles.The security of the distributed key is guaranteed by three checking phases in three-way channel and the communicators' secret polarization angles.     

A Novel Deterministic Quantum Communication Scheme Using Stabilizer Quantum Code

Exploiting the encoding process of the stabilizer quantum code [[n, k, d]], a deterministic quantum communication scheme, in which n - 1 photons are distributed forward and backward in two-way channel, is proposed to transmit the secret messages with unconditional security. The present scheme can be implemented to distribute the secret quantum （or classical） messages with great capacity in imperfect quantum channel since the utilized code encodes k-qubit messages for each scheme run.     

Quantum Key Distribution Based on Coherent States

Ｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｎｔｒｉｇｕｉｎｇａｎｄｅｘｃｉｔｉｎｇｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｓｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆａｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃｋｅｙｄｉｓｔｒｉ...     

Quantum Key Distribution Scheme with High Efficiency

Based on entanglement swapping, a quantum key distribution （QKD） scheme is proposed. In this scheme, the secret keys are formed by comparing initial Bell states and outcomes of entanglement swapping. Moreover, all initial Bell states prepared by Alice and Bob are completely arbitrary. As the classical information exchanged between two parties is very little, this QKD scheme has a high efficiency. In addition, in order to prevent eavesdropping, decoy particles are used.     

Quantum Key Distribution Using High-Dimensional Quantum Error-Avoiding Code

Using high-dimensional quantum error-avoiding code, we present two new quantum key distribution protocols over a collective noisy channel, i.e. six-photon and five-photon quantum error-avoiding codes. Compared with the previous protocols using four-photon and three-photon quantum error-avoiding code, the qubit efficiencies of the new protocols have increases of 16.67% and 5% respectively. In addition, the security of these protocols is analysed with a conclusion that the new protocols are much more secure than the four-photon and three-photon ones.     

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...     

Counterfactual Quantum Deterministic Key Distribution

We propose a new counterfactual quantum cryptography protocol concerning about distributing a deterministic key.By adding a controlled blocking operation module to the original protocol [T.G.Noh,Phys.Rev.Lett.103(2009) 230501],the correlation between the polarizations of the two parties,Alice and Bob,is extended,therefore,one can distribute both deterministic keys and random ones using our protocol.We have also given a simple proof of the security of our protocol using the technique we ever applied to the original protocol.Most importantly,our analysis produces a bound tighter than the existing ones.     

大气导致的脉冲展宽对星载量子密钥分发的影响

分析比较了星地量子密钥分发系统中由于大气湍流和大气色散导致的脉冲展宽。分别推导了大气湍流和色散效应下脉冲展宽比。根据大气压强和温度与海拔间的实测数据,计算了到达脉宽与不同初始脉宽、工作波长、链路天顶角的关系。并根据到达脉宽计算了系统背景噪声量。数值模拟结果表明：当工作波长为1.06 μm,初始脉宽为15 fs时,到达脉宽有最小值。对于不同的链路天顶角,在无月晴朗的星空,探测器探测到的背景噪声约为1.9×10-10~2.7×10-10,而误码率约为0.5×10-5。