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测量设备无关的经典-量子信号共纤传输方案

激光与光电子学进展 2019年第8期56卷 217-223页

作者：程康周媛媛王欢海军工程大学电子工程学院湖北武汉430033

提出了一种基于测量设备无关协议的经典-量子信号共纤传输方案。推导了自发拉曼散射噪声计数率公式,分析了经典信号入射功率、量子信号复用路数和量子信号平均光子数对量子密钥分配性能的影响。数值仿真结果表明,当经典信号入射功率为0d... 详细信息

提出了一种基于测量设备无关协议的经典-量子信号共纤传输方案。推导了自发拉曼散射噪声计数率公式,分析了经典信号入射功率、量子信号复用路数和量子信号平均光子数对量子密钥分配性能的影响。数值仿真结果表明,当经典信号入射功率为0dBm(即通信容量为84.8Gbit/s)时,所提方案量子密钥分配的最大安全传输距离可达141km;当入射功率增加到11dBm(即通信容量为1.068Tbit/s)时,仍然可达100km。相比于现有的最优传输方案,所提方案量子密钥分配的最大安全传输距离延长了26km;虽然随着经典信号入射功率的增加,量子密钥分配性能有所下降,但是可以通过采用多路量子信号复用和优化量子信号的平均光子数来进行性能补偿。

关键词：量子光学测量设备无关拉曼散射经典-量子信号

基于混合编码的测量设备无关量子密钥分发的简单协议

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物理学报 2020年第19期69卷 1-15页

作者：杜聪王金东秦晓娟魏正军於亚飞张智明华南师范大学广东省量子调控工程与材料重点实验室信息光电子科技学院广州510006 广东理工职业学院工程技术系广州510091

测量设备无关量子密钥分发协议移除了所有测量设备的漏洞,极大地提高了量子密钥分发系统的实际安全性,然而,该协议的安全密钥率相比于其他量子密钥分发协议来说仍然是较低的.目前,利用高维编码来提升量子密钥分发协议的性能已经在理论... 详细信息

测量设备无关量子密钥分发协议移除了所有测量设备的漏洞,极大地提高了量子密钥分发系统的实际安全性,然而,该协议的安全密钥率相比于其他量子密钥分发协议来说仍然是较低的.目前,利用高维编码来提升量子密钥分发协议的性能已经在理论和实验上都得到证明,最近有人提出了基于高维编码的测量设备无关量子密钥分发协议,但是由于所提出的协议对实验设备性能有更高的要求,所以在实际应用上仍然存在许多困难.本文提出一种基于偏振和相位两种自由度的混合编码测量设备无关量子密钥分发协议,并且利用四强度诱骗态方法分析该协议在实际条件下的安全性,最后数值仿真结果表明,该协议在实际条件下40 km和50 km处的最优安全码率相比于原MDI-QKD协议分别提升了52.83%和50.55%.而且,相比于其他基于高维编码的测量设备无关量子密钥分发协议来说,本文提出的协议只要求本地用户拥有相位编码装置和偏振编码装置,探测端也只需要四台单光子探测器,这些装置都可以利用现有的实验条件实现,说明该协议的实用价值也很高.

关键词：量子密钥分发测量设备无关高维编码混合编码

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

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物理学报 2016年第10期65卷 15-23页

作者：吴承峰杜亚男王金东魏正军秦晓娟赵峰张智明华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室(信息光电子科技学院)广东省量子调控工程与材料重点实验室广州510006 广东理工职业学院工程技术系广州510091 陕西理工学院物理与电信工程学院汉中723000

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击,进一步结合诱惑态的方案,可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞.测量设备无关量子密钥分发系统中,非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实... 详细信息

测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击,进一步结合诱惑态的方案,可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞.测量设备无关量子密钥分发系统中,非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响.本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统,引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值),通过量子化描述,理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系.结果表明:在X基偏振编码和相位编码系统中,当分束器的反射率趋近于0.5时,误码率取最小值;在偏振编码和相位编码系统中,误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大;在Z基偏振编码系统中,误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动,当分束器的反射率为0.5时,若通信双方采用的平均光子数相差较大,则误码率取最大值;分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同,但是对于X基编码和相位编码却能等同.

关键词：量子密钥分发测量设备无关误码率分束器

基于回归决策树的测量设备无关型量子密钥分发参数优化

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物理学报 2023年第11期72卷 147-156页

作者：刘天乐徐枭付博伟徐佳歆刘靖阳周星宇王琴南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 南京邮电大学量子信息技术研究所南京210003

量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)结合一次一密的加密方式,可以实现无条件安全的量子通信.双场(twin-field,TF)QKD和测量设备无关(measurement-device-independent,MDI)QKD具有较高的安全性,同时适合构建以测量端为中心的网络,具有广阔的应用前景.但在实际应用过程中,参数配置对QKD性能有着极大影响,而实际场景中存在着用户数量大、位置距离中心站点非对称、并且用户大部分处在实时移动中的特点.面对上述实时的参数配置需求,传统的参数优化方式将无法满足.本文提出将监督机器学习算法应用于QKD参数优化配置中,通过机器学习模型预测不同场景下TF和MDI两种常用协议的最优参数.将神经网络、最近邻、随机森林、梯度提升决策树和分类回归决策树(classification and regression tree,CART)等监督学习模型进行对比,结果显示CART模型在R^(2)等回归评估指标上均有最优表现.在随机划分训练组、验证组情况下,预测参数的密钥率与最优密钥率比值的均值在0.995以上;在“超精度”和“超范围”两种极限情况下,该均值仍能维持在0.988左右,且在残差分析中具有较好的环境鲁棒性,展现出较好的性能.此外,基于CART的新方案相较于传统方案在计算实时性表现上有很大提升,将单次预测时间缩短至微秒量级,很好地满足了通信方在移动状态下的实时通信需求.

关键词：量子密钥分发测量设备无关分类回归决策树参数优化

参考系波动下的参考系无关测量设备无关量子密钥分发协议

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物理学报 2019年第24期68卷 46-51页

作者：谷文苑赵尚弘东晨王星宇杨鼎空军工程大学信息与导航学院西安710077 密码科学技术国家重点实验室北京100878 国防科技大学信息与通信学院西安710006

参考系无关测量设备无关量子密钥分发协议是解决实际系统中参考系对准问题的有效途径,但其安全性的前提是参考系偏移速度缓慢.考虑到现实参考系波动和信号长度有限的情况,重点讨论了参考系偏移和波动下的有偏基参考系无关测量设备无关... 详细信息

参考系无关测量设备无关量子密钥分发协议是解决实际系统中参考系对准问题的有效途径,但其安全性的前提是参考系偏移速度缓慢.考虑到现实参考系波动和信号长度有限的情况,重点讨论了参考系偏移和波动下的有偏基参考系无关测量设备无关量子密钥分发协议性能的有效性.仿真结果表明协议密钥率是关于偏移角的周期函数,同时也是波动角的递减函数,为下一步参考系无关测量设备无关量子密钥分发协议实用化打下了理论基础.

关键词：量子密码学量子密钥分发参考系无关测量设备无关

基于多晶体指示源的测量设备无关量子密钥分配协议

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光学学报 2021年第16期41卷 191-196页

作者：何业锋白倩李丽娜陈思昊强雨薇西安邮电大学网络空间安全学院陕西西安710121 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

为提高测量设备无关量子密钥分配协议的性能,研究了基于多晶体指示源和脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分配协议。在多晶体指示源下,比较了有脉冲位置调制和无脉冲位置调制下测量设备无关量子密钥分配协议性能的优劣。仿真结果表明... 详细信息

为提高测量设备无关量子密钥分配协议的性能,研究了基于多晶体指示源和脉冲位置调制的测量设备无关量子密钥分配协议。在多晶体指示源下,比较了有脉冲位置调制和无脉冲位置调制下测量设备无关量子密钥分配协议性能的优劣。仿真结果表明,引入脉冲位置调制可以提高该协议的密钥生成率并增大安全传输距离。并且,随着时隙的增加,密钥生成率逐渐提高,安全传输距离也逐渐增大。随后,进一步地分析了探测器在不同探测效率下,安全传输距离与密钥生成率之间的关系。结果表明,探测器探测效率越高,密钥生成率越高,安全传输距离越长。

关键词：量子光学测量设备无关量子密钥分配脉冲位置调制多晶体指示源

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基于测量设备无关的可认证身份量子投票方案

软件学报 2023年第11期34卷 5376-5391页

作者：柯唯阳石润华华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

为解决量子通信过程中的身份认证及协议的可实现性问题,提出一种基于测量设备无关的带身份认证服务器的量子安全直接通信协议,并依据该协议提出一种量子投票方案.所提方案利用测量设备无关的量子密钥分配,完备的量子加密,以及经典的一... 详细信息

为解决量子通信过程中的身份认证及协议的可实现性问题,提出一种基于测量设备无关的带身份认证服务器的量子安全直接通信协议,并依据该协议提出一种量子投票方案.所提方案利用测量设备无关的量子密钥分配,完备的量子加密,以及经典的一次一密等技术,不仅理论上确保方案的无条件安全性,而在实际上也避免外部攻击者对测量设备漏洞的攻击.此外,所提方案使用BB84态的弱相干脉冲作为量子资源,仅实施单粒子操作,以及识别Bell态的测量.因此,基于现有技术,所提方案具有良好的可实现性.同时所提方案扩展了身份认证功能,引入比特承诺,使得监票人可以验证投票信息的完整性和正确性.仿真结果和分析表明,所提方案是正确的并具有理论上无条件的安全性,即信息理论安全.相较于现有的量子投票方案,所提方案具有更好的可行性.

关键词：量子投票量子安全直接通信测量设备无关身份认证

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基于测量设备无关协议的量子身份认证方案

通信学报 2016年第2期37卷 151-156页

作者：董颖娣彭进业张晓博张振龙西北工业大学电子信息学院陕西西安710072 西安建筑科技大学信息与控制工程学院陕西西安710055

借助测量设备无关量子密钥分配协议的安全性,提出了测量设备无关的量子身份认证协议。在此协议下,认证中心和认证方以共享密钥加密认证信息和认证密钥,将其发送至第三方进行贝尔态测量以提取安全的认证信息,实现认证中心对认证方有效认... 详细信息

借助测量设备无关量子密钥分配协议的安全性,提出了测量设备无关的量子身份认证协议。在此协议下,认证中心和认证方以共享密钥加密认证信息和认证密钥,将其发送至第三方进行贝尔态测量以提取安全的认证信息,实现认证中心对认证方有效认证,并更新共享密钥。分析协议性能显示,系统在不同攻击下认证过程是安全且有效的。

关键词：量子身份认证量子密钥分配测量设备无关贝尔态测量

基于BP神经网络的测量设备无关协议参数预测

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电子科技大学学报 2024年第4期53卷 611-616页

作者：周江平周媛媛周学军李洁琼海军工程大学电子工程学院武汉430000 92682部队湛江524000

针对传统参数优化方法计算开销大,不能满足实时性要求高、计算量大等应用场景的问题,结合当今主流的机器学习方法,提出了一种改进的基于BP神经网络的参数优化方法,利用本地搜索算法的数据训练网络并对参数进行预测,替代传统的查找算法,... 详细信息

针对传统参数优化方法计算开销大,不能满足实时性要求高、计算量大等应用场景的问题,结合当今主流的机器学习方法,提出了一种改进的基于BP神经网络的参数优化方法,利用本地搜索算法的数据训练网络并对参数进行预测,替代传统的查找算法,从而获得更好的实时性和更低的计算复杂度,随后与基于随机森林和XGBoost的方法进行了比较。仿真结果表明,BP神经网络预测所得各参数的均方误差数量级为10^(-6)或更小,由该参数计算所得密钥生成率与最优密钥生成率比值的均值为0.998 8,且该应用中BP神经网络相对随机森林和XGBoost具有更好的预测性能。

关键词：量子光学量子密钥分发 BP神经网络参数优化测量设备无关