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我科学家实现百兆比特率量子密钥分发 005

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我科学家实现百兆比特率量子密钥分发

我科学家实现百兆比特率量子密钥分发 008

科技日报

作者：吴长锋

在应用方面，提高量子密钥分发的密钥速率（SKR）是最紧迫的任务之一，因为它可以实现更频繁的密钥交换，为更多的网络用户或高数据率的应用提供服务，帮助实现关键基础设施保护、医疗数据共享和分布式存储加密等。在理论方面，为了实... 详细信息

在应用方面，提高量子密钥分发的密钥速率（SKR）是最紧迫的任务之一，因为它可以实现更频繁的密钥交换，为更多的网络用户或高数据率的应用提供服务，帮助实现关键基础设施保护、医疗数据共享和分布式存储加密等。在理论方面，为了实现可接受的积累时间，科学家已经对严格的有

关键词：密钥分发量子密钥数据共享分布式密钥率兆比特 QKD

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我科学家实现百兆比特率量子密钥分发

光明日报

作者：常河王敏

本报合肥3月14日电（记者常河通讯员王敏）日前，我国科学家通过发展高保真度集成光子学量子态调控、高计数率超导单光子探测等关键技术，在国际上实现百兆比特率的实时量子密钥分发，实验结果将此前的成码率纪录提升一个数量级。此项... 详细信息

本报合肥3月14日电（记者常河通讯员王敏）日前，我国科学家通过发展高保真度集成光子学量子态调控、高计数率超导单光子探测等关键技术，在国际上实现百兆比特率的实时量子密钥分发，实验结果将此前的成码率纪录提升一个数量级。此项成果由中国科学技术大学潘建伟院士、徐飞?

关键词：密钥分发高保真度兆比特 QKD 密钥率

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新型循环差分相移量子密钥分发协议

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 424-430页

作者：鲁雨婷赵生妹毛钱萍南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

量子密钥分发(QKD)作为一种由量子物理保证的绝对安全的密钥分发引起了广泛的关注。在现有的量子密钥分发协议中,循环差分相移量子密钥分发协议(RRDPS-QKD)因其具有较大的比特错误容限度,在实际应用中具有极大的优势。在循环差分相移量... 详细信息

量子密钥分发(QKD)作为一种由量子物理保证的绝对安全的密钥分发引起了广泛的关注。在现有的量子密钥分发协议中,循环差分相移量子密钥分发协议(RRDPS-QKD)因其具有较大的比特错误容限度,在实际应用中具有极大的优势。在循环差分相移量子密钥分发协议基础上,设计一种新型循环差分相移量子密钥分发协议,在接收设备中通过一个开关将接收到的脉冲序列分为两支(定义为奇偶两支路),在奇(偶)路上加入一个随机延时器和一个延时器,既能使接收端接收到的所有脉冲都能参与干涉,提升脉冲序列的利用率,又能使发送端可以连续发送脉冲序列。仿真分析结果和模拟量子密钥分发实验结果表明,新型循环差分相移量子密钥分发协议能够明显增大脉冲序列参与干涉的概率,有效地提升了循环差分相移量子密钥分发协议的安全密钥率。

关键词：循环差分相移量子密钥分发脉冲序列接收装置利用率密钥率

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基于量子隐形传态和MDI协议的量子网络

量子电子学报 2019年第4期36卷 450-455页

作者：于浩张影卓文合完颜绍澎刘金锁国网安徽省电力有限公司信息通信分公司安徽合肥230061 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 江苏南京211000 南京南瑞国盾量子技术有限公司江苏南京211000

量子密钥分发利用量子力学特性来保证通信安全,它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥,用于对传输数据进行加解密。测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)是量子密钥分发(QKD)的重要组成部分,能够解决QKD协议中因为测量设备... 详细信息

量子密钥分发利用量子力学特性来保证通信安全,它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥,用于对传输数据进行加解密。测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)是量子密钥分发(QKD)的重要组成部分,能够解决QKD协议中因为测量设备引起的安全漏洞,在保证协议安全性的同时延长通信距离。分析了量子网络中量子隐形传态原理,针对MDI-QKD协议的特殊性,提出将量子隐形传态应用到MDI-QKD协议中。该协议将Alice制备的量子态在量子网络中通过隐形传态的方式传送给David,然后David与通信的另一方Bob一起运行MDI-QKD协议。阐述了基于量子隐形传态的MDI-QKD协议的实现流程,并引入了量子态的保真度参数,对MDI-QKD协议的密钥率进行了分析。仿真实验表明量子隐形传态对MDI-QKD协议的增益效果十分明显,可以大幅度延长密钥的安全传输距离,保证了安全协议对测量设备的不依赖性,有效避免了QKD系统中测量器端的所有攻击。

关键词：量子信息量子密钥分发量子隐形传态测量设备无关量子密钥分发密钥率

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四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议

量子电子学报 2023年第4期40卷 541-545页

作者：王晟方晓明林昱张天兵冯宝余杨王乐国网福建省电力有限公司信息通信分公司福建福州350003 南京南瑞信息通信科技有限公司江苏南京211000 南京南瑞国盾量子技术有限公司江苏南京211000 南京邮电大学江苏南京210003

量子密钥分发(QKD)具有信息论上的无条件安全性,而相位匹配量子密钥分发(PM-QKD)是双场量子密钥分发协议(TF-QKD)的一个变体,其最近被提出用来克服没有量子中继器的点对点协议中存在的速率-距离限制。鉴于实践中不存在无限强度的诱骗态... 详细信息

量子密钥分发(QKD)具有信息论上的无条件安全性,而相位匹配量子密钥分发(PM-QKD)是双场量子密钥分发协议(TF-QKD)的一个变体,其最近被提出用来克服没有量子中继器的点对点协议中存在的速率-距离限制。鉴于实践中不存在无限强度的诱骗态,提出了一种具有实用价值的四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议,即四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议。给出了该协议的安全密钥速率公式,并通过数值仿真分析了该协议的性能,证明了该协议的有效性。

关键词：量子光学量子密钥分发相位匹配量子密钥分发诱骗态密钥率

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基于非理想光源的双场量子密钥分发协议研究

基于非理想光源的双场量子密钥分发协议研究

作者：李文婷南京邮电大学

学位级别：硕士

在量子力学基本原理保证下,量子密钥分发使合法用户Alice和Bob能够在Eve窃听情形下获取安全密钥,其安全性已得到严格证明,且目前已成为可实用的一种量子技术。光子是量子密钥分发过程中的一种常见的信息载体,其在分发过程中由于信道噪... 详细信息

在量子力学基本原理保证下,量子密钥分发使合法用户Alice和Bob能够在Eve窃听情形下获取安全密钥,其安全性已得到严格证明,且目前已成为可实用的一种量子技术。光子是量子密钥分发过程中的一种常见的信息载体,其在分发过程中由于信道噪声会丢失从而导致量子密钥分发的安全密钥率存在着上界,该上界也被称为PLOB界。然而,双场量子密钥分发（Twin-Field Quantum Key Distribution,TF-QKD）协议在没有量子中继的情况下已突破了PLOB界,其中相位匹配量子密钥分发（Phase-Matching Quantum Key Distribution,PMQKD）协议和简化双场量子密钥分发（Simple of Twin-Field Quantum Key Distribution,SimpleTF-QKD）协议都是TF-QKD协议的变体。TF-QKD协议及其衍生出来的协议成为了当前量子密钥分发协议的研究热点之一。本文主要是从光源方面入手研究PM-QKD协议和SimpleTF-QKD协议。具体研究工作和成果如下:（1）为了解决PM-QKD协议中光源非理想的问题,论文提出一种基于光源监测（Light Source Monitoring,LSM）的PM-QKD协议,称为PM-QKD-LSM协议。通过在非理想光源端添加LSM装置,协议可以准确地估计出非理想光源的光子数概率分布的上下界,以此上下界推导出协议的密钥率,并通过数值计算分析光源光强波动、传输信道对称,以及传输信道非对称等情形下协议的密钥率。数值计算表明,PM-QKD-LSM协议具有与理想光源PM-QKD协议相似的密钥率,最大传输距离分别为504km（非理想）和507km（理想）,当通信距离超过212km,PM-QKD-LSM协议的密钥率会超过PLOB界;另外,光源强度波动对PM-QKDLSM协议的性能几乎没有影响;在非对称的量子密钥分发系统中,PM-QKD-LSM协议的密钥率也不会受到光源非理想因素的影响。（2）为了保障Simple-TF-QKD协议能够在实际光源情形下实施,论文对可能存在光源错误的Simple-TF-QKD协议进行了改进,其中Simple-TF-QKD协议通过本地相位随机化和全局相位提前设置（为0或）,避免了一般TF-QKD协议中为了匹配Alice和Bob的全局相位所进行的相位后选择,有效地将量子密钥率提高了一个数量级。考虑到双方信道的非对称性以及光源存在的错误（比如光源强度波动）,我们分析了光源强度波动和暗计数对SimpleTF-QKD协议的性能影响。仿真结果表明:在光源强度波动小的情况下也会引起密钥率大幅下降,当波动率达到一定值,密钥率下降将达到一定极限,此后密钥率将不会出现大幅下降。同时,在暗计数率较高的情况下,该协议的密钥率将会出现下降趋势。

关键词：量子密钥分发非理想光源光源监测光源错误密钥率

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量子密钥分发系统中的复用技术研究

量子密钥分发系统中的复用技术研究

作者：魏海蔚西安电子科技大学

学位级别：硕士

量子通信是量子力学和通信理论相结合而产生的交叉学科,具有高效率和无条件安全等特点。基于量子密钥分发的量子保密通信是现阶段发展最快且最具实用性的量子通信技术。量子密钥分发利用海森堡不确定性原理和量子态不可克隆定理,在通信... 详细信息

量子通信是量子力学和通信理论相结合而产生的交叉学科,具有高效率和无条件安全等特点。基于量子密钥分发的量子保密通信是现阶段发展最快且最具实用性的量子通信技术。量子密钥分发利用海森堡不确定性原理和量子态不可克隆定理,在通信双方之间协商出一串共享密钥,基于该密钥对经典信息进行一次一密的加密,可实现信息的安全传输。随着点对点量子密钥分发技术实用化的推进,量子通信正逐步走向网络化,以使更多的用户间实现安全量子通信,因而量子复用技术成为研究的迫切需要。本文围绕光量子信号复用技术展开研究。首先,简要阐述了量子通信的相关基础,包括量子比特的概念、性质和常用的逻辑运算,详细说明了BB84、B92和E91协议三种主要量子密钥分发协议,给出了量子通信网络的功能架构,并介绍了量子密钥分发系统中典型的复用技术,如波分复用、码分复用、正交频分复用等;其次,提出了一种基于量子态融合与分割的复用与解复用方法,该方法采用光量子态融合操作及相关量子线路可将两个输入端的两光子的偏振态变为由一个光子的偏振/时间模来承载(复用);采用光量子分割操作及相关量子线路可将处于偏振/时间模的单光子态恢复为两个光子的两个偏振态(解复用),并将这种复用方法应用于BB84协议下的量子密钥分发系统,分析了在探测器暗计数与偏振失配两种噪声因素影响下的系统性能,结果表明采用这种复用方法后,对于不同的噪声参数其误码率由10%%降至5%%,密钥率提高了30倍,通信距离增加了60千米;第三,研究了量子时分复用技术,设计了一种新型光量子时分复用线路和光量子时隙交换线路,同时给出了BB84协议下TDMA(Time Division Multiplexing Access)多用户量子密钥分发过程,并将基于TDM(Time Division Multiplexing)的QKD(Quantum Key Distribution)方案和基于量子态融合/分割复用的QKD方案进行仿真对比,结果表明这两种方案对QKD系统的性能都有一定的提升,而基于量子态融合/分割复用的QKD方案相比基于TDM的QKD方案在计数率、量子比特误码率、最终密钥率和传输距离等方面显然更有优势。最后,总结了论文的主要内容,并对后续的相关工作进行了展望。

关键词：量子密钥分发量子态融合量子态分割时分复用密钥率

本底光强度波动下连续变量量子密钥分发系统的安全性研究

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本底光强度波动下连续变量量子密钥分发系统的安全性研究

作者：桂明国防科学技术大学

学位级别：硕士

量子密钥分发(QKD)是量子信息领域中最为成熟的技术之一。由于其在信息安全领域具有光明的应用前景,一直以来,该技术的发展备受人们关注。理论上,QKD能够在合法通信方之间建立无法被窃听者知晓的安全密钥。该安全性建立在量子力学的基... 详细信息

量子密钥分发(QKD)是量子信息领域中最为成熟的技术之一。由于其在信息安全领域具有光明的应用前景,一直以来,该技术的发展备受人们关注。理论上,QKD能够在合法通信方之间建立无法被窃听者知晓的安全密钥。该安全性建立在量子力学的基本原理之上。在实际系统中,研究人员发现,通过利用实际系统中器件的缺陷,可以绕开QKD的安全性体系,实行有效的窃听行为。因此,对QKD实际系统安全性的研究,对于保证量子密码体制的安全性意义深远。本文围绕本底光强度波动下实际连续变量量子密钥分发系统(CVQKD)的安全性开展了如下理论方面的研究:1.探究了本底光强度波动对实际CVQKD系统安全性的影响。此前的研究表明,量子黑客可以通过操控本底光强度,改变合法通信方对信道参数的估计。特别地,当所有信号光脉冲被衰减时,窃听者可以有效地实施截取重发攻击而不被发现。为了完善对该问题的研究,本文在一般层面上对本底光强度进行了刻画,给出了信道参数与波动参数的变化关系。研究表明,当本底光平均值与初始设定的本底光强度一致时,随着波动参数的增大,信道引入的总噪声会被高估而安全密钥率会被低估。低估安全密钥率意味着攻击者的潜在窃听行为可以被自动消除。2.讨论了本底光强度相关攻击的应对措施。针对当前直接或间接利用本底光强度实施的攻击,探究了其共性,并给出一般性的对策。一方面,从稳定本底光强度波动方差、控制本底光平均强度的角度给出了一般性地安全措施;另一方面,探讨了当前现有的实时散粒噪声归一化方案应用于消除该类攻击的可行性。3.探究了本底光波动对高斯协议密钥率的影响。在通信有效的前提下,本底光平均值与初始设定本底光强度一致时,CVQKD系统的安全性能够得到保证。然而,保证该安全性是以牺牲部分密钥为代价的。此处探究了本底光强度变化时不同高斯协议密钥率的变化。研究发现,一方面,不同的协议对本底光强变化的敏感度不同;另一方面,探测器的选取方式对密钥率的影响不大,而不同的光源对密钥率的影响显著不同。该研究为实际情形下协议的选取提供了参考。

关键词：连续变量量子密钥分发本底光强度波动实际系统安全性本底光强度攻击高斯协议密钥率

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连续变量相干光通信中的攻击与抵御方案研究

连续变量相干光通信中的攻击与抵御方案研究

作者：王晓群福州大学

学位级别：硕士

连续变量量子密钥分发(CV QKD)是一种通过量子信道和经典信道在合法通信双方(记为Alice和Bob)之间进行密钥分发的量子通信技术。CV QKD的核心价值在于其安全性。噪声和攻击是影响CV QKD安全性的重要因素。CV QKD中的噪声可以分为可信噪... 详细信息

连续变量量子密钥分发(CV QKD)是一种通过量子信道和经典信道在合法通信双方(记为Alice和Bob)之间进行密钥分发的量子通信技术。CV QKD的核心价值在于其安全性。噪声和攻击是影响CV QKD安全性的重要因素。CV QKD中的噪声可以分为可信噪声和不可信噪声两种。其中,可信噪声由合法通信双方器件的不完美性能引起,主要包括制备噪声和探测噪声,探测噪声等价于在探测端加入加性噪声。虽然可信噪声不为潜在的窃听者(记为Eve)所掌握,但研究证明它也会影响单路CV QKD和双路CV QKD两种方案的安全性。本文以CV QKD的安全性为核心,针对CV MDI-QKD及不可靠信源CV QKD两种方案展开研究,研究内容包括以下三点:1.制备噪声影响下CV MDI-QKD方案的安全性研究。考虑到制备噪声在实际的相干态制备过程中是不可避免的,因此本文将制备噪声对安全性的影响考虑进CV MDI-QKD方案中,构建了一个相干态光源含有制备噪声的CV MDI-QKD系统模型,分析了这种带噪系统的安全性。本文进一步提出利用可调衰减片来降低制备噪声对CVMDI-QKD系统性能的影响。仿真结果显示,制备噪声会严重降低CVMDI-QKD系统的密钥率和安全传输距离,通过对反向协调方(即Bob)所发送的信号进行适当的衰减,可以有效的提高系统在这两方面的性能。2.加性噪声影响下不可靠信源方案的安全性研究。将“利用噪声对抗噪声”的想法引入不可靠信源CV QKD方案中,提出了一个在反向协调方添加加性噪声的不可靠信源CVQKD协议。即,Bob先将收到的信号与加性噪声混合,再对含加性噪声的信号进行测量。加性噪声虽然会降低合法通信双方的互信息量,但可以通过适当地调节所添加的噪声的大小使得其对Eve能窃取的有效信息量的影响更大。其总效果是可以通过调节加性噪声来优化系统的密钥率和传输距离。仿真结果表明当信源方差为40,额外噪声为0.1个散粒噪声单位时,系统的安全传输距离可以提高3公里,可容忍噪声可以提高0.08个散粒噪声单位。3.双模相干攻击下不可靠信源CVQKD方案的安全性研究。在单模集体攻击模型中连接通信双方的两条量子信道间是没有关联的,本文将双模相干攻击模型引入不可靠信源CV QKD协议中,研究两条量子信道间有关联的情况下协议的安全性。仿真结果表明,相干系数满足g1=-g2=(?)N-1时,双模相干攻击方案打破了系统在单模集体攻击下的安全阈值,是目前针对该系统的最强攻击方案。

关键词：可信噪声 CV MDI-QKD 不可靠信源双模相干攻击密钥率