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     

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。     

标记配对相干态下有限探测器死时间的测量设备无关量子密钥分配

量子密钥分配在实际应用中会受到有限探测器死时间的影响,当信号脉冲发送速率过大时,探测器测量失败的概率增加,安全密钥生成速率降低。对标记配对相干态光源下测量设备无关量子密钥分配的有限探测器死时间问题进行了分析。研究并仿真了安全密钥生成速率与信号发送速率的关系。考虑探测器死时间时,基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率比基于弱相干光源的测量设备无关量子密钥分配协议的安全密钥生成速率高。分析了有限探测器死时间τ分别为50,100,150 ns时安全密钥生成速率的情况。结果表明,有限探测器死时间越大,安全密钥生成速率的极限值越低。安全密钥生成速率的极限与有限探测器死时间的关系为8.1×10³/τ。     

奇相干光源的测量设备无关量子密钥分配研究

刻画了奇相干光源的光子数分布特征,研究了奇相干光源下诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率与安全传输距离的关系,推导了奇相干光源下的计数率下界和误码率上界.仿真结果表明,奇相干光源光子数分布中多光子脉冲的比例低于弱相干光,可以有效提高诱骗态测量设备无关密钥分配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.     

非对称信道传输效率的测量设备无关量子密钥分配研究

测量设备无关量子密钥分配方案可以移除所有的探测器侧信道漏洞,通过结合诱骗态方案可以生成无条件安全的密钥.本文研究了非对称信道传输效率下三强度诱骗态测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率与信道传输损耗的关系,比较了对称信道传输效率和非对称信道传输效率下的距离比率对单边传输效率、单光子误码率和量子密钥生成率的影响,仿真结果表明随着信道不匹配度逐渐增加,可容忍信道传输损耗由对称信道情形下的62 dB分别降至38 dB(距离比率为0.5)和17 dB(距离比率为0.1),能够安全提取密钥的可容忍传输损耗下降较快,密钥生成率的安全传输距离也随之降低.实验中可以采取调节信号光强度的方式提高非对称传输效率下测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率,为实用的量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.     

相干态与量子角动量算符

将二维相干态视为二维复旋量，推导出量子角动量的Ｓｃｈｗｉｎｇｅｒ表示。     

基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配研究

针对量子中继器短时间内难以应用于长距离量子密钥分配系统的问题, 提出了基于量子存储的长距离测量设备无关量子密钥分配协议, 分析了其密钥生成率与存储效率、信道传输效率和安全传输距离等参数间的关系, 研究了该协议中量子存储单元的退相干效应对最终密钥生成率的影响, 比较了经典测量设备无关量子密钥分配协议和基于量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议的密钥生成率与安全传输距离的关系. 仿真结果表明, 添加量子存储单元后, 协议的安全传输距离由无量子存储的216 km增加至500 km, 且量子存储退相干效应带来的误码对最终的密钥生成率影响较小. 实验中可以采取调节信号光强度的方式提高测量设备无关量子密钥分配系统的密钥生成率, 为实用量子密钥分配实验提供了重要的理论参数.     

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     

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GHZ态的三方量子确定性密钥分配协议

基于连续变量GHZ态的纠缠特性,提出一种三方量子确定性密钥分配协议,其中密钥由GHZ态的振幅产生,而相位可以用来验证信道的安全性.现有的量子确定性密钥分配协议一次只能向一个接收方传送密钥,现实生活中经常要向多个接收方发送确定性密钥.信息论分析结果表明,当信道传输效率大于0.5时,该协议可以同时向两个接收方安全传送确定性密钥,制备多重纠缠态后,该协议还能够扩展成多方量子确定性密钥分配协议,这极大提高了密钥的整体传送效率,而且连续变量量子GHZ态信道容量较高,因此该协议具有重要的现实意义.     

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。     

基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的误码率分析

测量设备无关量子密钥分发系统可以免疫任何针对探测器边信道的攻击, 并进一步结合诱惑态方法规避了准单光子源引入的实际安全性问题. 目前实验中一般采用弱相干光源, 但是该光源含有一定比例的空脉冲和多光子脉冲. 本文针对弱相干光源的具体特性, 采用量子力学的描述, 将各个器件进行量子化处理, 并同时考虑探测器的具体性能参数的影响, 分别给出了通信双方各自发送的脉冲含有特定光子数时产生的成功贝尔态和错误贝尔态的概率公式, 从理论上对相位编码和偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统的误码率进行了定量分析, 分别推导并模拟了通信双方采用的平均光子数对称和不对称时误码率随传输距离的变化情况, 结果表明在偏振编码Z基中, 多光子脉冲不会引起误码; 在偏振编码X基和相位编码中, 受多光子影响, 产生的误码率较大. 对于不同的编码方式, 误码率均随传输距离的增加有不同程度的升高, 长距离传输时, 平均光子数越小, 产生的误码率越大; 在偏振编码X基和相位编码的短距离传输中, 相对于对称, 通信双方采用的平均光子数不对称时产生的误码率较大.     

纠缠相干态的量子隐形传态

提出利用双模纠缠相干态作为量子信道，实现纠缠相干态量子隐形传态的方案. 分别在非正交的相干态表象和另一个由相干态构成的正交态表象对双模纠缠相干态的隐形传态进行具体分析. 发现在相干态表象，虽然只要线性光学元件就可以完成隐形传态，但成功的概率小于1/2，而在正交态表象，只要能分辨4个由相干态构成的Bell态，成功的概率就是1. 关键词： 隐形传态 纠缠相干态 纠缠相干态量子信道     

基于指示单光子源的量子密钥分配协议

主要介绍了量子光源,尤其是指示单光子源在量子密钥分配(QKD)中的应用,提出了一种新的基于指示单光子源的不依赖于测量装置的量子密钥分配(MDI-QKD)方案。与现有的其他方案,如弱相干态方案相比,该方案具有安全性好,密钥提取率与安全传输距离都显著提高等优点。因而,该方案在未来的量子密钥分配实用化进程中具有广阔的发展前景。     

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...     

基于轨道角动量的多自由度W态纠缠系统

提出了一种制备三光子纠缠W态的方案, 该方案利用携带轨道角动量为lħ的光子(其中l可取(-∞, +∞)的任意整数)可构成无穷维向量空间的特性, 采用两种类型的参量下转换, 产生轨道角动量-自旋角动量纠缠的两对光子和一对偏振纠缠光子, 通过纠缠交换制备三光子多自由度的W态, 实现三光子体系纠缠的高维度、大容量量子信息处理. 方案采用q-plate相位光学器件和单模光纤等器件制备两个不同自由度(轨道角动量与偏振)混合的W态, 并利用计算机全息相位图改进方案制备三个不同自由度(轨道角动量、线动量和偏振)混合的W态. 本方案可稳定产生两种等概率互为对称的W态, 具有高维度、强纠缠特性与抗比特丢失能力, 信息量达log₂^m+2比特(m为l的可取值个数), 有望实现可扩容量子比特的安全通信.     

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.     

多光子强光脉冲用于量子密钥分配

通常的量子密钥分配是建立在单光子计数的基础上的 .这种分配方案易受环境干扰 ,因而传输速率较低 .近来 ,有理论工作者主张 :使用连续变量 (而不是量子比特 ,qubits)实现量子密钥分配 ,以便更快和更有效地传送保密信息 .在 2 0 0 3年第 4 2 1卷第 2 38页的Nature中 ,来自法国法布里光学实验室的Grosshans等发表了他们的最新的研究结果 .他们用实验展示了一个全新的量子密钥分配协议 :高斯线型调制的相干态传输 (由激光脉冲组成 ,每个脉冲包含数百个光子 )和限制散粒噪声的零拍检波(homodynedetection) .在新的密钥传输过程中 ,不需要对激…