诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%,以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展,提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后,将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中,使系统的安全传输距离可达到2215km,比使用普通探测器的系统增加了约50km. 关键词： 量子密钥分发 诱惑态 HSPS光源 双探测器     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%，以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展，提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后，将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中，使系统的安全传输距离可达到2215km，比使用普通探测器的系统增加了约50km.     

基于实用光源的诱惑态量子密钥分配研究

文章通过比较主动诱惑态和被动诱惑态的特性,假设所有可测量都围绕渐近值上下波动,得到相应变量的偏离量,采用标准误差法分析实用光源条件下,有限脉冲数编码对密钥生成率和传输距离的影响,比较了主动诱惑态、被动诱惑态 、无限长时间极限情况和不同量子效率条件下密钥生成率随传输距离的变化关系,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数. 关键词： 诱惑态 量子密钥分配 统计涨落     

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.     

基于相干叠加态的非正交编码诱骗态量子密钥分发

非正交编码协议和诱骗态方法可以有效地抵御光子数分离攻击. 由于相干叠加态中单光子成分高达90%, 常作为单光子量子比特的替代出现, 用于量子信息过程处理和计算. 本文结合非正交编码协议和诱骗态方法提出一种新的量子密钥分发方案, 光源采用相干叠加态, 推导了单光子的密钥生成速率、计数率下限和误码率的上限, 利用Matlab 模拟了无限多诱骗态情况下和有限多诱骗态情况下密钥生成速率和传输距离的关系, 得出该方案可以提升密钥生成速率并且提高安全传输距离, 验证了该方案可以进一步提高量子密钥分发系统的性能.     

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。     

诱惑态量子密钥分配系统中统计涨落的研究

针对实用的量子密钥分配(QKD)系统是基于强衰减的弱激光脉冲作为单光子源, 光子数分束攻击极大限制了通信双方在非理想条件下QKD的传输距离和密钥生成率,采用大数定律对诱惑态协议中单光子的计数率、单光子增益和误码率分别进行统计涨落分析, 利用双诱惑态比较了1310 nm和1550 nm条件下,编码脉冲的长度为(N = 10⁶-N = 10¹²)实际QKD协议中密钥的生成率与安全传输距离之间的关系、安全传输距离随编码长度的变化的关系, 得出脉冲编码长度增大到N = 10¹²时,密钥的最大安全传输距离为135 km.     

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。     

非简并参量下转换过程中的量子导引性质

本文研究了非简并参量下转换过程中量子导引的特性。研究发现:在短时区域,光场间可以实现双向的量子导引。在稳态区域,光场间只能实现单向的量子导引,双向的量子导引不能产生,并且若光场具有相同的耗散速率,则量子导引不可形成;相比于导引光场,被导引光场则需具有更大的耗散速率。此外还发现在阈值点附近,没有稳定的量子导引产生。     

基于弱相干态光源的非正交编码被动诱骗态量子密钥分配

基于改造的弱相干态光源,提出了一种非正交编码被动诱骗态量子密钥分配方案.该方案不主动制备诱骗态,而是根据发送端探测器是否响应,将接收端的探测结果分为响应集合和未响应集合,以此分别作为信号态和诱骗态,并利用这两个集合来估计参量和生成密钥.数值仿真表明,非正交编码被动诱骗态方案的密钥生成效率和安全传输距离都优于现有的被动诱骗态方案,且性能非常接近主动无穷诱骗态方案的理论极限值;未响应集合对密钥生成的参与使方案性能免受发送端探测效率的影响,弥补了实际探测器探测效率低下的缺陷;由于不需要主动制备诱骗态,该方案实现非常简单,适用于高速量子密钥分配的场合. 关键词： 量子光学 量子密钥分配 被动诱骗态 密钥生成效率     

Practical decoy-state BB84 quantum key distribution with quantum memory

We generalize BB84 quantum key distribution(QKD) to the scenario where the receiver adopts a heralded quantum memory(QM). With the heralded QM, the valid dark count rate of the receiver's single photon detectors can be mitigated obviously, which will lower the quantum bit error rate, and thus improve the performance of decoy-state BB84 QKD systems in long distance range. Simulation results show that, with practical experimental system parameters, decoy-state BB84 QKD with QM can exhibit performance comparable to that of without QM in short distance range, and exhibit performance better than that without QM in long distance range.     

Performance of passive decoy-state quantum key distribution with mismatched local detectors

In quantum key distribution(QKD),the passive decoy-state method can simplify the intensity modulation and reduce some of side-channel information leakage and modulation errors.It is usually implemented with a heralded single-photon source.In Wang et al 2016(Phys.Rev.A 96032312),a novel passive decoy-state method is proposed by Wang et al,which uses two local detectors to generate more detection events for tightly estimating channel parameters.However,in the original scheme,the two local detectors are assumed to be identical,including the same detection efficiency and dark count rate,which is often not satisfied in the realistic experiment.In this paper,we construct a model for this passive decoy-state QKD scheme with two mismatched detectors and explore the effect on QKD performance with certain parameters.We also take the finite-size effect into consideration,showing the performance with statistical fluctuations.The results show that the efficiencies of local detectors affect the key rate more obviously than dark count rates.     

Detecting the possibility of a type of photon number splitting attack in decoy-state quantum key distribution

The existing decoy-state quantum key distribution (QKD) beating photon-number-splitting (PNS) attack provides a more accurate method to estimate the secure key rate, while it still considers that only single-photon pulses can generate secure keys in any case. However, multiphoton pulses can also generate secure keys if we can detect the possibility of PNS attack in the channel. The ultimate goal of this line of research is to confirm the absence of all types of PNS attacks. In particular, the PNS attack mentioned and detected in this paper is only the weaker version of PNS attack which significantly changes the observed values of the legitimate users. In this paper, under the null hypothesis of no weaker version of PNS attack, we first determine whether there is an attack or not by retrieving the missing information of the existing decoy-state protocols, extract a Cauchy distribution statistic, and further provide a detection method and the type I error probability. If the result is judged to be an attack, we can use the existing decoy-state method and the GLLP formula to estimate the secure key rate. Otherwise, the pulses with the same basis received including both single-photon pulses and multiphoton pulses, can be used to generate the keys and we give the secure key rate in this case. Finally, the associated experiments we performed (i.e., the significance level is 5%) show the correctness of our method.     

Experimental demonstration of passive decoy state quantum key distribution

Passive decoy state quantum key distribution(PDS-QKD) has advantages in high-speed scenarios.We propose a modified model to simulate the PDS-QKD with a weak coherent light source based on Curty’s theory [Opt.Lett.34 3238(2009)].The modified model can provide better performance in a practical PDS-QKD system.Moreover,we report an experimental demonstration of the PDS-QKD of over 22.0-dB channel loss.     

一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案

提出一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案.在发端采用参量下变换产生纠缠光子对,其中之一用来进行预报探测,根据探测结果将另一路光脉冲分成两个集合,其中预报探测有响应的脉冲集合用作信号态,无响应的脉冲集合作为诱骗态.由于探测效率的问题,这两个集合都是有光子的,通过这两个集合的通过率和错误率估计出单光子的通过率和错误率.此方法不需要改变光强,简单可行.仿真结果表明：该方法可以达到完美单光子源的安全通信距离;与预报单光子源的量子密钥分发相比,密钥产生率有了很大的提高;和三强度预报单光子源诱骗态量子密钥分发的 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 诱骗态 预报单光子源     

基于标记配对相干态光源的诱骗态量子密钥分配性能分析

从有效性、稳定性和可行性三个方面, 对基于标记配对相干态光源的诱骗态量子密钥分配的性能进行了全面分析. 采用四组实验数据对基于标记配对相干态光源的三强度诱骗态方案的密钥生成效率、量子比特误码率和最优信号态强度与安全传输距离之间的关系进行了仿真和分析; 考虑到光源涨落, 对方案的稳定性进行了讨论和仿真; 并对基于标记配对相干态光源设计简单易实现方案的可行性进行了分析. 结论表明: 基于标记配对相干态光源的诱骗态方案性能在安全传输距离和密钥生成效率两方面都优于现有基于弱相干态光源和预报单光子源的诱骗态方案; 在光源强度涨落相同条件下, 标记配对相干态光源的稳定性逊于预报单光子源, 而优于相干态光源. 但是标记配对相干态光源在有效性上的优势可弥补其在稳定性上的不足; 且标记配对相干态光源的双模特性为设计简单易实现的被动诱骗态方案提供了条件. 关键词： 量子光学 量子密钥分配 标记配对相干态光源 性能     

Passive decoy-state quantum key distribution for the weak coherent photon source with finite-length key

Passive decoy-state quantum key distribution systems, proven to be more desirable than active ones in some scenarios,also have the problem of device imperfections like finite-length keys. In this paper, based on the WCP source which can be used for the passive decoy-state method, we obtain the expressions of single-photon error rates, single-photon counts, and phase error rates. According to the information of smooth min-entropy, we calculate the key generation rate under the condition of finite-length key. Key generation rates with different numbers of pulses are compared by numerical simulations. From the results, it can be seen that the passive decoy-state method can have good results if the total number of pulses reaches 1010. We also simulate the passive decoy-state method with different probabilities of choosing a pulse for parameter estimation when the number of pulses is fixed.