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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

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物理学报 2013年第20期62卷 26-34页

作者：周媛媛张合庆周学军田培根海军工程大学电子工程学院武汉430033 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

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... 详细信息

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

基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配

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海军工程大学学报 2019年第3期31卷 1-5页

作者：周媛媛徐华彬程康王潋海军工程大学电子工程学院

为提升量子密钥分配的性能,基于标记配对相干态光源,提出了一种四强度诱骗态测量设备无关量子密钥分配方案。首先,利用光源的双模态特性和光子数标记技术来提升传输性能,推导了单光子对计数率下限和误码率上限的计算公式;然后,考虑统计... 详细信息

为提升量子密钥分配的性能,基于标记配对相干态光源,提出了一种四强度诱骗态测量设备无关量子密钥分配方案。首先,利用光源的双模态特性和光子数标记技术来提升传输性能,推导了单光子对计数率下限和误码率上限的计算公式;然后,考虑统计波动,分析了数据长度有限对方案性能的影响。数值仿真结果表明:基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配方案在安全传输距离和密钥生成效率上都优于现有基于弱相干态光源和预报单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案;在统计波动条件下,方案性能会随着数据长度的减少而降低,但即使数据长度减少到10^10,基于标记配对相干态光源的测量设备无关量子密钥分配方案的最大传输损耗容忍度仍可达36 dB,优于现有的其他方案。

关键词：量子光学测量设备无关量子密钥分配标记配对相干态光源统计波动

强度涨落下标记配对相干态光源诱骗态量子密钥分配

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中国科学：信息科学 2011年第9期41卷 1136-1145页

作者：周淳鲍皖苏付向群解放军信息工程大学电子技术学院郑州450004

本文刻画了标记配对相干态光源(HPCS光源)光子数分布的两条性质,基于三强度诱骗态编码方案,证明了HPCS光源满足强度涨落下量子密钥分配最终密钥生成率表达式的条件.数值模拟表明,HPCS光源的三强度诱骗态编码方案与理想方案(无穷诱骗态)... 详细信息

本文刻画了标记配对相干态光源(HPCS光源)光子数分布的两条性质,基于三强度诱骗态编码方案,证明了HPCS光源满足强度涨落下量子密钥分配最终密钥生成率表达式的条件.数值模拟表明,HPCS光源的三强度诱骗态编码方案与理想方案(无穷诱骗态)的接近程度较高,该光源对强度涨落的稳定性要好于弱相干态光源,但明显比标记单光子源要弱.

关键词：量子密钥分配诱骗态标记配对相干态光源强度涨落

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发送或不发送量子密钥分发协议的研究

发送或不发送量子密钥分发协议的研究

作者：徐瑞南京邮电大学

学位级别：硕士

在量子力学的理论指导下,量子通信可以确保合法用户间通信的安全性,而目前量子通信常指量子密钥分发过程。发送或不发送量子密钥分发(Sending or Not Sending Quantum Key Distribution,SNS-QKD)协议是在双光场量子密钥分发(Twin-Field ... 详细信息

在量子力学的理论指导下,量子通信可以确保合法用户间通信的安全性,而目前量子通信常指量子密钥分发过程。发送或不发送量子密钥分发(Sending or Not Sending Quantum Key Distribution,SNS-QKD)协议是在双光场量子密钥分发(Twin-Field Quantum Key Distribution,TF-QKD)协议启示下的改进。像典型的双信道量子密钥分发协议一样,如设备无关量子密钥分发(Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution,MDI-QKD)协议,它能够免疫测量设备端的任何攻击,并且继承了TF-QKD没有量子中继情形下突破量子通信安全密钥容量(Secure Key Capacity,SKC)界的优点。除此之外,SNS-QKD还可以容忍巨大的非对准错误。因此,SNS-QKD协议成为了当前量子通信的研究热点之一。本文主要是从信源与信道两个方面入手研究SNS-QKD协议。具体研究工作和成果如下:(1)为了提高发送或不发送量子密钥分发(SNS-QKD)的性能,论文提出一种基于标记配对相干态光源(Heralded Pair Coherent Source,HPCS)的发送或不发送量子密钥分发(HPCSSNS-QKD)协议,称为HPCS-SNS-QKD协议,以HPCS光源替代弱相干态光源(WCS),减少了真空态脉冲的占比,降低了误码率,并给出密钥生成率与安全传输距离关系推导和在脉冲总数有限条件下的密钥率的表达。数据仿真表明,HPCS-SNS-QKD协议可以突破单光子密钥传输距离界限,相比于弱相干态光源下的SNS-QKD协议,HPCS-SNS-QKD的安全传输距离更远、密钥率更高、失调错误容忍度更高;在相同脉冲数下,HPCS-SNS-QKD的密钥率也总是要高于WCS-SNS-QKD的密钥率。(2)为了确保能够在自由空间中分析SNS-QKD协议,为无线SNS-QKD提供支撑,论文提出了一种基于前置阈值实时选择的SNS-QKD协议。当Alice和Bob分别从两端向中间Charlie端发送脉冲信号时,由于大气湍流作用将会导致两边通道的实时不对称,使得密钥率显著降低,现将不对称通道下前置阈值实时选择的方法应用于SNS-QDK协议中,由Charlie端根据系统实验参数预先选择好固定阈值对信号进行后选择而无需在通信完成后进行阈值优化后选择。仿真结果表明,基于前置阈值实时选择的SNS-QKD协议可以减少大气湍流对协议造成的影响,采用前置阈值后选择的SNS-QKD方案较于无后选择的SNS-QKD协议传输距离更远、性能更高。

关键词：发送或不发送量子密钥分发标记配对相干态光源大气湍流密钥生成率

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参考系无关量子密钥分发协议理论研究

参考系无关量子密钥分发协议理论研究

作者：李想南京邮电大学

学位级别：硕士

随着现代计算机的计算能力越来越强大,传统的通信加密技术将会面临巨大的挑战,而量子计算机的研究,则更会加剧人们的忧虑。量子通信技术的出现,正好可以从根本上解决这个问题。量子密钥分发是量子物理原理在信息学最为成熟和实际的应用... 详细信息

随着现代计算机的计算能力越来越强大,传统的通信加密技术将会面临巨大的挑战,而量子计算机的研究,则更会加剧人们的忧虑。量子通信技术的出现,正好可以从根本上解决这个问题。量子密钥分发是量子物理原理在信息学最为成熟和实际的应用,也是量子通信技术中应用最为广泛的技术。传统通信密码学的安全性是基于数学问题的求解复杂性,存在被破解的可能性,量子物理原理则可以保证量子密钥分发实现无条件的安全性。由于量子密钥分发系统一般是采用相位编码或偏振编码,这对收发双发的编码参考系提出了一定的要求,即需要实时的对准。而参考系无关量子密钥分发协议可以在收发双方的参考系存在一定偏差的情况下,实现密钥的安全传输。关于参考系无关量子密钥分发协议的理论和实验的研究,近几年国内外都取得了丰硕的成果。本文围绕参考系无关量子密钥分发协议,首先介绍了量子密钥分发协议的研究背景、研究现状以及基础知识。然后结合国内外的一些相关研究成果,进行了如下几方面的研究:1.研究了基于标记配对相干态光源的参考系无关量子密钥分发协议的性能。传统的弱相干态光源不可避免的存在较多的多光子和真空态部分,而标记配对相干态光源中的单光子部分高达99%,并且对应的真空态比例和多光子比例很少,因而非常适合作为量子密钥分发系统的光源。研究结果表明,无论是在安全传输距离,还是在成码率方面,在参考系无关量子密钥分发协议中使用标记配对相干态光源比弱相干态光源更具有优势。2.研究了单诱骗态参考系无关量子密钥分发协议的性能。实际的量子密钥分发系统中,由于光源的的不完美性,会造成系统存在被攻击的风险。为了抵御实际的量子密钥分发系统中潜在的光子数分离攻击,一般都会采用诱骗态方案。而常用的诱骗态方案中,采用一个信号态和两个诱骗态,虽然可以很好地解决光子数分离攻击的问题,但同时也对实际的控制电路提出了较高的要求。我们对比了采用单诱骗方案与采用双诱骗方案的参考系无关量子密钥分发协议的性能。研究结果表明,在采用一个（非真空态）诱骗态的情况下,协议的成码率和安全传输与两个诱骗态相比结果差别很小,但是采用单诱骗态方案无疑会降低对实际控制电路的技术要求。

关键词：量子密钥分发参考系无关标记配对相干态光源单诱骗态