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     

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     

一种基于波分复用的实时光纤信道偏振补偿系统

在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。     

相位-偏振编码的量子保密通信系统的研究

提出了一种新型的量子信息编码和解码新方法，并用全量子力学方法，对这种量子信息编码 技术进行了系统的理论分析.根据态叠加原理，可以用两个正交的偏振态，通过偏振干涉方 法合成一个新的偏振态.这个合成的偏振态由两个正交偏振态的相位差决定.改变相位差，就 可以合成各种不同的偏振态.而相位差的改变可以通过相位调制器来实现，从而可以用相位调制方法，实现对光子偏振态的编码和解码.这种方法可以随机地制备各种非正交偏振态， 也可以随机地产生各种非正交偏振态测量基，对各种非正交偏振态的光子进行检测和解码. 这种编码方法既具有相位编码方法传输距离大的优点，同时又克服了该方法信息损失过半的 缺点，还可以对光子的位相和偏振态进行精确补偿，有效地降低误码率. 关键词： 量子密钥分配 相位编码 偏振编码     

全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案

偏振控制在光通信中是至关重要的技术, 关系着通信系统的稳定性和误码率. 本文提出一种基于双向Sagnac环工作方式的全光纤高速偏振控制方案, 通过调节环中一个光纤电光相位调制器的相位差而精确控制光场偏振方向, 并且实现了单个端口输出各种偏振态, 无需后续耦合操作. 相位控制精度为10^-3 rad, 最大消光比可达30 dB, 工作速率可达2 GHz. 由于本方案的精度、调制速度和稳定性都很高, 并采用了器件简单、成本低廉的全光纤光路, 易于集成, 在量子保密通信等光通信领域中有很好的应用前景. 关键词： 光纤偏振控制器 Sagnac环 量子通信     

基于偏振编码的副载波复用量子密钥分发研究

提出了一种采用相位合成偏振态编码的副载波复用量子密钥分发方案,该方案在不增加系统设备的前提下允许多路量子密钥通过并行的边带信道同时进行分发．每一个边带的偏振态可通过控制副载波的相位随机且独立地合成．该方案允许量子密钥系统的成钥率成倍的增加．仿真实验证明,通过调整每个副载波相位能够理想地调整和控制边带的偏振态．     

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     

量子信令的偏振态差分相位编码方案及仿真

为了研究量子通信信令系统,实现多用户之间进行通信,提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案,阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令,然后对光子进行相位调制,通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉,由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布,导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系,推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真,结果表明本文提出的编码方案可以达到75％编码效率,能够满足量子移动通信的需要.     

量子阱激光器混沌相位控制同步以及编码研究

提出外部光注入多量子阱激光器激光混沌相位控制同步，及其混沌相位相移键控外调制ON/ON全光保密通信系统，数值模拟了在相位控制器控制下的激光混沌同步.通过连续ON/ON键控调制相位控制器调制通过相位控制器的激光相位相移，实现激光混沌相位相移键控连续调制，设置接收系统相位控制器，控制通过接收相位控制器的激光相位相移，以实现激光混沌解调.分别数值模拟了该系统调制速率01和05Gbit/s混沌相位相移ON/ON键控通信，进行了混沌ON/ON键控调制速率分析，以及系统参数失配和系统抗噪声扰动的数值分析. 关键词： 混沌 同步 通信 多量子阱激光器     

退相干条件下两比特纠缠态的量子非局域关联检验

量子纠缠态的量子非局域关联特性在当前量子信息和量子计算协议中起着重要的作用.然而,任何实际的物理系统都不可避免地与周围环境相互作用,使得在量子信道中的传输过程中,量子态会发生相干性退化,进而弱化量子态的量子非局域关联特性.本文利用一种基于Hardy-type佯谬的高概率量子非局域关联检验方案,分别研究了两比特偏振纠缠态在经过振幅阻尼信道(ADC)、相位阻尼信道(PDC)和退极化阻尼信道(DC)后的量子非局域关联检验情况.研究结果表明,DC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较大,而PDC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较小.最后,本文还给出了利用弱测量结合弱测量反转操作克服ADC退相干时,偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验的条件.结果表明,当弱测量的强度增大时,可有效地降低ADC退相干效应对偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验造成的影响.     

对称噪声信道下利用多纠缠态实现量子密钥分配

研究了对称噪声信道下的量子密钥分配(Quantum Key Distribution,QKD)过程，并得到了其误码率和信道保真度的关系式。基于量子态的局域区分原理，我们提出了使用“多纠缠态”进行噪声信道下的密钥分配的新方案。应用这个新方案，我们可以获得和在理想无噪声信道下使用最大纠缠态(四个Bell态之一)进行QKD一样好的结果。     

基于六光子量子避错码的量子密钥分发方案

量子信道中不可避免存在的噪声将扭曲被传输的信息,对通信造成危害。目前克服量子信道噪声的较好方案是量子避错码（QEAC）。将量子避错码思想用于量子密钥分发,能有效克服信道中的噪声,且无需复杂的系统。用六光子构造了量子避错码,提出了一种丛于六光子避错码的量子密钥分发（QDK）方案。以提高量子密钥分发的量子比特效率和安全性为前提,对六光子避错码的所有可能态进行组合,得到一种六光子避错码的最优组合方法,可将两比特信息编码在一个态中,根据测肇结果和分组信息进行解码,得到正确信息的平均概率为7／16。与最近的基于四光子避错码的克服量子信道噪声的量子密钥分发方案相比,该方案的量子比特效率提高了16．67％,密钥分发安全性足它的3．5倍。     

Quantum Key Distribution System with Six Polarization States Encoded by Phase Modulation

An intrinsically stable quantum key distribution system （QKD） with six polarization states encoded by phase modulation is introduced. The encoder and decoder are in the same structures that consist of two polarizing Sagnac interferometers connected in tandem. The six polarization states are determined and distinguished by different sets of phase shifts induced by two respective electrically-driven integrated phase modulators. A mean visibility of interference fringes is kept stable at 97.58% for an hour＇s performance. Theoretical and experimental analyses show that the proposed QKD system features intrinsically stability immune from environment fluctuation.     

Quantum cryptography using partially entangled states

We show that non-maximally entangled states can be used to build a quantum key distribution (QKD) scheme where the key is probabilistically teleported from Alice to Bob. This probabilistic aspect of the protocol ensures the security of the key without the need of non-orthogonal states to encode it, in contrast to other QKD schemes. Also, the security and key transmission rate of the present protocol is nearly equivalent to those of standard QKD schemes and these aspects can be controlled by properly harnessing the new free parameter in the present proposal, namely, the degree of partial entanglement. Furthermore, we discuss how to build a controlled QKD scheme, also based on partially entangled states, where a third party can decide whether or not Alice and Bob are allowed to share a key.     

Expandable quantum key distribution networks based on secret bits comparison

A scheme of quantum network based on multiuser differential phase shift quantum key distribution system (DPS-QKD) is proposed. In this quantum network, arbitrary two users can achieve secret bits sharing by point-to-multipoint quantum key distribution and secret bits comparison. A protocol of secret bits sharing between arbitrary two users is presented. This network can implement secret bits distribution over 200 km with higher key generation rate by today's technologies. In theory, the capacity of user numbers in this network is unlimited. Hence, our proposed quantum network can serve for a metropolitan QKD network. A wide area QKD network can be constructed with this metropolitan QKD network.     

Experimental Study on Practical Quantum Key Distribution Scheme with Time-Multiplexed Technique

We present a scheme that is capable of detecting photon numbers during the quantum key distribution (QKD) based on an improved differential phase shift (DPS) system without Trojan horse attack. A time-multiplexed detector (TMD) is set in for the photon-number resolution. Two fibre loops are used for detecting photon numbers as well as distributing keys. The long-term stabilization is guaranteed by two Faraday mirrors (FM) at Bob's site to automatically compensate for polarization defect. Our experimental study (90km QKD is completed) indicates that such a system is stable and secure which nearly reaches the performance of a single photon scheme.     

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.     

Microwave Photonic Phase Shifter Based on an Integrated Dual-polarization Dual-parallel Mach-Zehnder Modulator without Optical Filter

ABSTRACT

A frequency-doubled microwave photonic phase shifter (MPPS) without optical filter is proposed. The MPPS is based on an integrated dual-polarization dual-parallel Mach-Zehnder modulator (DP-DPMZM) and a polarization modulator (PolM). The DP-DPMZM with a 90° polarization rotator in one arm is used to generate an optical carrier suppressed double sideband (OCS-DSB) signal with orthogonal polarization, and the PolM with two modes opposite phase modulation is used to introduce the optical phase shift between the two orthogonally polarized tones. Simulations show that the MPPS can realize a continuously tunable phase shift of 360° with only one DC bias voltage, and is not sensitive to the optical carrier wavelength and microwave signal frequency since no optical filter is used.     

Quantum secure dialogue by using single photons

By combining the idea of quantum secure direct communication (QSDC) and BB84 quantum key distribution (QKD), we propose a secure quantum dialogue protocol via single photons. Comparing with the previous bidirectional quantum secure communication scheme [24] in which the EPR pairs are used, our protocol is not only feasible in practice but also can overcome the drawback “information leakage” or “classical correlation”. Our scheme possesses the characters of security and high efficiency.