偏振稳定控制下的量子密钥分发

由于长距离单模光纤传输中存在的双折射效应会引起偏振随机抖动，光纤中利用偏振编码进行量子密钥分发一直难以实现.利用光子计数分析光纤中的偏振变化情况，并通过反馈控制的方式补偿偏振变化，从而实现了基于BB84协议的偏振编码长时间稳定的量子密钥分发实验，传输距离为100km. 关键词： 量子密钥分发 偏振反馈控制 单光子探测 偏振随机抖动     

基于实时优化单光子干涉可视度的相位编码量子密钥分发

在相位编码量子密钥分发系统中,单光子干涉可视度决定了系统的成码率。本文提出一种优化单光子干涉可视度的方法,即利用遗传算法和四通道偏振控制器实时补偿单光子偏振漂移,同时利用时分复用参考光连续无复位地补偿单光子相位漂移,最终在25km光纤中实时优化的单光子干涉可视度达到98.6%,相位编码量子密钥分发系统成码率为2.2kbit/s。     

光纤偏振编码量子密钥分发系统荧光边信道攻击与防御

实际安全性是目前量子密钥分发系统中最大的挑战.在实际实现中,接收单元的单光子探测器在雪崩过程的二次光子发射(反向荧光)会导致信息泄露.目前,已有研究表明该反向荧光会泄露时间和偏振信息并且窃听行为不会在通信过程中产生额外误码率,在自由空间量子密钥分发系统中提出了利用反向荧光获取偏振信息的攻击方案,但是在光纤量子密钥分发系统中暂未见报道.本文提出了在光纤偏振编码量子密钥分发系统中利用反向荧光获取信息的窃听方案与减少信息泄露的解决方法,在时分复用偏振补偿的光纤偏振编码量子密钥分发系统的基础上对该方案中窃听者如何获取密钥信息进行了理论分析.实验上测量了光纤偏振编码量子密钥分发系统中反向荧光的概率为0.05,并对本文提出的窃听方案中的信息泄露进行量化,得出窃听者获取密钥信息的下限为2.5×10~(–4).     

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     

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     

基于信道估计的自适应连续变量量子密钥分发方法

为使连续变量量子密钥分发协议获得稳定的密钥生成率,需要根据信道变化动态调整发送光脉冲的强度.将光纤量子信道看作加性玻色量子高斯信道,给出高斯态通过玻色量子高斯信道仍得到高斯态的证明过程.通过平衡零差检测后,采用最大似然估计法得到了信道参数,进而根据估计的噪声大小自适应调整Alice发送的光脉冲的强度,从而获得稳定的密钥生成率. 关键词： 量子密钥分发 连续变量 玻色量子高斯信道 信道估计     

利用无噪线性光放大器增加连续变量量子密钥分发最远传输距离

如何提高实际量子密钥分发系统的安全码率和最远传输距离是量子密码学领域重要的研究课题. 本文采用量子无噪线性光放大器放大量子信号, 以改进连续变量量子密钥分发系统实际性能. 经仔细研究, 本文发现增益系数为g的线性无噪放大器可将连续变量量子密钥分发系统的最远安全传输距离提高20 log₁₀(g)/a km (a=0.2 dB/km为光纤信道的损耗系数), 并改善系统的安全码率和噪声抗性. 关键词： 量子密钥分发 连续变量 最远传输距离 线性无噪放大器     

基于微弱相干脉冲稳定差分相位量子密钥分发

基于差分相位量子密钥分发协议，对微弱相干光脉冲相位差进行编码，在接收端采用Faraday-Michelson系统进行解码.这种量子密钥分发系统具有密钥生成效率高、接收端干涉稳定性好、极限传输距离长等优点，同时还具有光路结构简单、易于在现有的技术条件下实现等特点，特别适用于远程光纤量子密钥分发.在实验系统中利用嵌入式微处理系统来控制量子密钥分发过程，进行了76 km的稳定光纤量子密钥分发实验，其原始密钥的误码率为5.3%. 关键词： 分相位 量子密钥分发 安全性 稳定性     

面向CVQKD量子-经典信号共纤传输技术研究

量子-经典信号共纤传输技术对实用化量子保密通信网络建设具有重要意义。针对经典光在光纤信道中的拉曼散射（RS）、四波混频（FWM）以及交叉相位调制（XPM）等非线性效应对量子信号的噪声干扰,构建了量子-经典信号共纤传输连续变量量子密钥分发（CVQKD）系统的安全密钥率仿真模型,重点分析了经典光功率、信道间隔和探测方式对系统噪声和密钥率的影响。结果表明,在近距离传输时,FWM噪声占主导地位,在传输距离大于10 km时,XPM噪声大于RS和FWM噪声。系统总噪声与经典光功率正相关,与波分复用信道间隔反相关。零差和外差检测下,随着传输距离的增加,安全密钥率整体变化趋势接近,零差检测方式具有更大的极限传输距离。该研究工作可为实用化量子-经典信号共纤传输CVQKD系统的优化设计提供参考。     

基于旋转不变态的测量设备无关量子密钥分配协议研究

本文提出了一种基于旋转不变态的偏振无关测量设备量子密钥分配协议,既适用于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,也应用于相位编码测量设备无关量子密钥分配系统的相干过程.通过在线偏振基进入信道传输前嵌入2块q玻片,使得在传输过程中将线偏振基转化为旋转不变的圆偏振基,而第三方对接收到的脉冲进行Bell态测量前,利用q玻片的算符可逆性,将圆偏振基还原为线偏振基进行测量,可以有效消除信道传输中偏振旋转导致的误码.本文分析了偏振无关的三诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的误码率,研究了密钥生成率与安全传输距离的关系,仿真结果表明,对于偏振编码测量设备无关量子密钥分配系统,该协议可以有效提高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.     

基于单脉冲多位编码的全光纤连续变量量子密钥分发

实现了一种基于单脉冲多位编码的离散调制连续变量量子密钥分发方案。该方案利用时分复用和偏振复用相结合的方式进行远距离光纤传输。实验光源采用脉宽为200ns,重复频率为1 MHz的准连续光。该准连续光的每一个光脉冲在时域上被分为四等份。对每小份都编码两个正交分量,从而增大了密钥率。在25 km光纤传输时,整套系统的安全码率为32.8 kbit/s。     

光纤量子信道的波分复用偏振补偿策略仿真研究

给出了由于偏振演化引起的偏向角与量子误码率(QBER)关系,仿真了不同波长的单参考光和同一偏振态(SOP)的双参考光在不同距离上对单SOP的信号光进行补偿时的偏向角分布,对于偏振编码的量子密钥分发(QKD)系统,提出了使用SOPs非正交的双参考光并通过在庞加莱球上跟踪双参考光的中间SOP对光量子进行偏振补偿的具体策略,最后仿真验证了该策略的可行性。     

长距离长期稳定的量子密钥分发系统

介绍了最近完成的长距离长期稳定的量子密钥分发系统.该系统利用往返光路补偿光纤偏振 抖动和相位漂移的原理,采用结电容平衡魔T网络耦合的单光子探测技术,在506km单模 光纤中实现了长时间（大于12h）稳定的量子密钥分发实验.单脉冲平均光子数为007, 误码率为4%,其中单光子探测器的探测效率大于5%,单脉冲暗计数低于29×10^{-6. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 单光子探测}     

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．     

光纤色散与损耗对光量子密钥分发系统的影响

运用量子薛定谔方程，通过计算传输光场干涉强度和分析量子密钥分发系统的误码率，研究了光纤色散和损耗对量子密钥分发系统误码率的影响.研究表明，在目前的基于光纤的量子密钥分发系统中，选择色散位移光纤并以损耗最小波长1.55 μm为工作波长，同时缩短脉冲宽度，可以有效提高量子密钥系统的传输距离. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 光纤色散 光纤损耗     

运行双协议相位调制的量子密钥分发系统

基于差分编码方式提出一种改进方案.在Alice端用光纤马赫-曾德干涉仪产生双脉冲差分信号；在Bob端，用双法拉第反射式麦克尔逊干涉仪代替光纤马赫-曾德干涉仪，这种干涉仪能自动补偿环境引起的偏振抖动和光纤双折射引起的相位漂移，从而提高系统稳定性.双协议(即双脉冲差分协议联合BB84协议)的使用，增强了系统的安全性.该系统具有高效、安全、简洁、稳定等优点，在实验上实现了长期稳定的密钥分发和量子保密通信，误码率<5%，传输距离达80km.     

量子密钥分发系统中抗扰动偏振编码模式的实验研究

基于移动设备的自由空间量子密钥分发系统能够为实时全覆盖多节点网络提供有效的解决方案,然而该系统目前依旧存在着稳定性不足的问题,偏振编码器的抗扰动性在移动设备应用中非常重要.在扰动情况下保偏光纤的偏振保持特性将受到很大程度的影响,进而使得基于该特性的编码器的稳定性也随之受到影响.为解决扰动情况下偏振编码的稳定性问题,本文提出了一种双向差分调制模式,该种调制模式可以使基于双向回路的偏振编码器即使在扰动情况下依旧能够实现稳定编码.为此设计了双向差分调制的原理验证实验,实验在250 MHz的重复频率下进行,并使用200 Hz的振动来模拟实际扰动环境,在实验最后使用了商用雪崩型单光子探测器进行了持续2 h的测试,得到了在扰动情况下系统的平均量子比特误码率为0.36%,误码率波动范围不超过0.2%.     

经典—量子信号共纤同传系统四波混频噪声分析

针对短距离、多用户的光纤网络集成量子密钥分发设备场景中量子信道与经典信道间隔较窄,经典光产生的四波混频噪声易对量子密钥分发性能产生严重影响的问题,构建了用于刻画四波混频效应导致离散变量量子密钥分发性能劣化的理论模型。通过OptiSystem和MATLAB联合仿真,深入分析对比了四种噪声抑制方案,实现了七路经典信号和一路量子信号10 Gbps数据速率的同向传输,经典信号的最小误码率为8.13×10~(-11),量子误码率最小可达到1.69%。研究结果对推动经典—量子信号共纤同传系统实用化进程具有重要意义。     

双协议量子密钥分发系统实验研究

提出了一种改进的基于时间和相位混合编码的量子密钥分发方案, 并进行了实验研究.在以BB84协议为基础的相位编码量子密钥分发系统上, 利用了系统中原来舍弃的脉冲进行时间编码, 使成码率提高为原方案的二倍. 系统同时获得时间编码密钥和相位编码密钥, 现在可以将两组密钥组合成新密钥, 提高了成码率和监测窃听灵敏度. 同时在系统的接收端用双FM反射式干涉仪代替传统的光纤M-Z干涉仪,提高了系统的稳定性. 实验上已实现90km光纤量子密钥分发, 实验表明本系统具有安全性高,稳定性好,成本低的优点. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 相位编码 时间编码     

基于光纤的量子密钥分配系统研究和协议仿真

研究了适合光纤传输的量子密钥分配系统和量子密钥分配协议.通过研究适合光纤传输的量子信号的编码和解码,研究了基于光纤的量子密钥分配系统与协议,给出相位调制量子密钥系统的光路图;在计算机上编制相应的程序,验证了相位调制的量子密钥分配协议的分配过程,并就窃听对量子误码率的影响进行了分析.结果表明,仿真结果与理论分析完全一致.