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基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案

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物理学报 2024年第2期73卷 93-103页

作者：吴晓东黄端福建理工大学管理学院福州350118 中南大学电子信息学院长沙410083

连续变量量子秘密共享方案基于物理学基本定律,能够保证密钥信息的无条件安全.然而,在实际连续变量量子秘密共享方案中,量子态的制备往往并非是理想、完美的,会引入额外的过噪声,影响方案的安全性,因此有必要对其进行分析.本文提出基于... 详细信息

连续变量量子秘密共享方案基于物理学基本定律,能够保证密钥信息的无条件安全.然而,在实际连续变量量子秘密共享方案中,量子态的制备往往并非是理想、完美的,会引入额外的过噪声,影响方案的安全性,因此有必要对其进行分析.本文提出基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案.具体而言,在所提出的方案中假定有多个用户,并且任意一个用户的非理想量子态制备,可以描述为相对应的不可信第三方采用相位非敏感放大器,对该用户的理想调制器与激光器进行放大操作.每个用户由于非理想量子态制备所引入的等效过噪声,可以通过相对应的相位非敏感放大器的增益参数进行全面与定量地计算.研究结果表明,连续变量量子秘密共享方案对非理想量子态制备所引入的过噪声非常敏感,因此不可避免地会降低其性能和安全性.幸运的是,本文利用相位非敏感放大器特定的增益公式,获得所提出方案对非理想量子态制备所引入的额外过噪声容忍度的上界限,有效解决由非理想量子态制备所带来的安全隐患.由于考虑了非理想量子态制备所引入的额外过噪声,因此相比于理想连续变量量子秘密共享方案,所提出的方案能够得到更紧的密钥率曲线.这些结果表明,本文所提出的方案能够对连续变量量子秘密共享方案的实际安全性进行改进与完善,为其实用化发展提供理论依据.

关键词：非理想量子态制备连续变量量子秘密共享

基于实际探测器补偿的离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案

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物理学报 2022年第24期71卷 50-59页

作者：吴晓东黄端黄鹏郭迎福建工程学院管理学院福州350118 中南大学计算机学院长沙410083 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室量子传感与信息处理中心上海200240 中南大学自动化学院长沙410083

由于离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案与高效纠错码具有良好的兼容性,因此即使在低信噪比条件下,也具备较高的协商效率,并且其实现条件相比于高斯调制方案更加简单.然而,实验中常用的零差探测器的量子效率仅为0.6,这会严... 详细信息

由于离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案与高效纠错码具有良好的兼容性,因此即使在低信噪比条件下,也具备较高的协商效率,并且其实现条件相比于高斯调制方案更加简单.然而,实验中常用的零差探测器的量子效率仅为0.6,这会严重影响离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案的实际应用性能.鉴于此,本文提出基于实际探测器补偿的离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案,即在该方案中对两条量子信道的输出端各采用一个相位敏感放大器用于补偿相对应的实际零差探测器.仿真结果表明采用相位敏感放大器能够很好地补偿实际零差探测器的量子效率,有效提升基于实际探测器的离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案的密钥率和安全传输距离,为推动离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发方案的实用化发展提供了一个有效而实用的方法.

关键词：离散调制连续变量测量设备无关量子密钥分发实际探测器补偿

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无噪线性放大的连续变量量子隐形传态

物理学报 2022年第13期71卷 53-60页

作者：文镇南易有根徐效文郭迎中南大学物理与电子学院长沙410083 中南大学自动化学院长沙410083

连续变量量子隐形传态在实际的量子通信中起着至关重要的作用.然而,实际环境的噪声与损耗会导致量子纠缠的退化,极大地影响系统的传输性能,尤其是降低系统的传输距离,阻碍其实际应用.本文提出了无噪线性放大的连续变量量子隐形传态方案... 详细信息

连续变量量子隐形传态在实际的量子通信中起着至关重要的作用.然而,实际环境的噪声与损耗会导致量子纠缠的退化,极大地影响系统的传输性能,尤其是降低系统的传输距离,阻碍其实际应用.本文提出了无噪线性放大的连续变量量子隐形传态方案,利用无噪线性放大器对退化的纠缠源进行放大,从而补偿光纤损耗信道对纠缠源的衰减影响,提升系统的性能.本文详细分析了不同损耗信道和纠缠源情况下,无噪线性放大器的增益系数选取范围以及不同增益对方案性能的影响.仿真结果表明,本文提出的方案相比于原方案,在保真度和传输距离方面都有较大的提升.该研究结果为长距离连续变量量子隐形传态的实际应用提供了一种切实有效的方法.

关键词：连续变量量子隐形传态损耗信道无噪线性放大器

Hybrid quantum private communication with continuous-variable and discrete-variable signals

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2015年第2期58卷 14-20页

作者： LIU WeiQi PENG JinYe WANG Chao CAO ZhengWen HUANG Duan LIN DaKai HUANG Peng ZENG GuiHua College of Information Science and Technology Northwest University State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks and Center of Quantum Information Sensing and ProcessingShanghai Jiaotong University

The quantum key distribution(QKD) has been entering the practical application era. Subsequently, hybrid quantum private communication with discrete-variable signals, continuous-variable signals, and classic optical signals becomes inevitable in the practical scenario. In this paper, we experimentally investigated the mutual effects between the discrete-variable QKD(DVQKD) and the continuous-variable QKD(CVQKD) via a fiber channel. The experimental results show that the DVQKD will be influenced by the continuous-variable quantum signals and classic optical signals, while the CVQKD is not sensitive to the discrete-variable quantum signals.

关键词：量子保密通信信号混合离散变量连续变量量子密钥分配 QKD 光纤通道光信号

连续变量量子密钥分发系统调制方差全局优化方法研究

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密码学报 2021年第4期8卷 640-649页

作者：马荔李扬杨杰黄伟罗钰杰徐兵杰西南通信研究所保密通信重点实验室成都610041

连续变量量子密钥分发技术具有与传统光通信网络兼容性好、安全码率高等优点.调制方差是连续变量量子密钥分发协议的关键参数,其优化选取将直接影响系统安全码率和传输距离.本文针对确定的数据协商和纠错译码算法,量化分析了实际连续变... 详细信息

连续变量量子密钥分发技术具有与传统光通信网络兼容性好、安全码率高等优点.调制方差是连续变量量子密钥分发协议的关键参数,其优化选取将直接影响系统安全码率和传输距离.本文针对确定的数据协商和纠错译码算法,量化分析了实际连续变量量子密钥分发系统中调制方差对误帧率、协调效率等参数的影响,以此为基础给出了一种连续变量量子密钥分发协议调制方差全局优化方法,以达到安全码率最大化效果.相较于已知常用方法,本优化方法在典型连续变量量子密钥分发系统参数下,仅通过调制方差参数优化即可显著提升安全码率,而无需做复杂硬件优化,可行性好且效果佳.此外,该方法适用于各类连续变量量子密钥分发协议,包括高斯调制、离散调制协议等,也适用于有限码长和无限码长情形,可扩展性好.

关键词：连续变量量子密钥分发调制方差安全码率全局参数优化

基于连续变量量子通信的地铁量子调度网络研究

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铁道科学与工程学报 2022年第6期19卷 1521-1529页

作者：傅思良李凯迪于天剑伍珣深圳地铁运营集团有限公司广东深圳518040 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

地铁调度网络作为地铁运营系统的重要组成部分,是实现地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等作业顺利进行的基础。针对地铁调度网络中调度信息的安全传输问题,提出一种基于量子通信技术的地铁调度信息的加密过程,以期实现调度信息... 详细信息

地铁调度网络作为地铁运营系统的重要组成部分,是实现地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等作业顺利进行的基础。针对地铁调度网络中调度信息的安全传输问题,提出一种基于量子通信技术的地铁调度信息的加密过程,以期实现调度信息的无条件安全传输,从而提升地铁系统中列车调度、实时监控和紧急通信等业务的安全性和保密性,保障广大乘客人身安全。考虑成本、数据规模以及量子系统与现有网络和器件的融合性,拟在地铁调度网络中采用增量部署和星型组网的方式开展基于连续变量的量子通信,分析其在集体攻击下的安全性。以深圳地铁10号线为例,设计一种基于CV-QKD技术的地铁量子调度网络。基于实际线路数据,计算部分站点之间通信的安全密钥率。仿真结果表明,连续变量量子通信能满足深圳地铁10号线全线的数据加密需求,并且有能力实现更远通信距离的调度信息安全传输。在通信距离较短的情况下,系统可使用较大的发送端信号方差或在接收端使用外差检测来实现更高的安全密钥率。相反,在长距离通信的情况下,接收端使用零差检测是性价比更高的选择。

关键词：地铁调度网络量子通信无条件安全连续变量

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基于峰值补偿的连续变量量子密钥分发方案

物理学报 2021年第11期70卷 9-15页

作者：毛宜钰王一军郭迎毛堉昊黄文体中南大学自动化学院长沙410083 中南大学商学院长沙410083 湖南航天建筑工程有限公司长沙410205 中南大学计算机学院长沙410083

在实际的连续变量量子密钥分发系统中,接收端模数转换器的有限采样带宽会导致脉冲峰值采样结果不准确,从而使参数估计过程产生误差,给窃听者留下了安全性漏洞.针对这个问题,本文提出一种基于峰值补偿的连续变量量子密钥分发方案,利用高... 详细信息

在实际的连续变量量子密钥分发系统中,接收端模数转换器的有限采样带宽会导致脉冲峰值采样结果不准确,从而使参数估计过程产生误差,给窃听者留下了安全性漏洞.针对这个问题,本文提出一种基于峰值补偿的连续变量量子密钥分发方案,利用高斯脉冲的基本特性来估计每个脉冲的最大采样值与脉冲峰值之间的偏差,从而对该采样值进行峰值补偿,使系统得到正确的采样结果.本文详细分析了有限采样带宽对系统安全性的影响,阐述了峰值补偿的具体步骤,并讨论了峰值补偿前后系统估计的过噪声差别,及其在高斯集体攻击下的安全性.仿真实验结果表明,该方案能准确找到每个脉冲的峰值,纠正系统的参数估计误差.与不采用峰值补偿的方案相比,本方案消除了系统重复频率对密钥比特率的限制,具有更长的安全传输距离和更高的密钥比特率.

关键词：连续变量量子密钥分发采样带宽峰值补偿

基于相干态光场的连续变量测量设备无关Cluster态量子通信

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电子与信息学报 2020年第2期42卷 307-314页

作者：王宇苏琦密码科学技术国家重点实验室

由于量子通信协议理论上可以发现任何窃听者的攻击行为,因此其天然具有抗量子计算机攻击的能力。高斯相干态光场相较于纠缠态光场更容易制备和实现,利用其实现量子通信网络更具经济价值和实用价值。该文提出一种利用连续变量(CV)相干态... 详细信息

由于量子通信协议理论上可以发现任何窃听者的攻击行为,因此其天然具有抗量子计算机攻击的能力。高斯相干态光场相较于纠缠态光场更容易制备和实现,利用其实现量子通信网络更具经济价值和实用价值。该文提出一种利用连续变量(CV)相干态光场就可以实现的测量设备无关(MDI)Cluster态量子通信网络协议。在此网络上可以方便地执行量子秘密共享(QSS)协议和量子会议(QC)协议。该文提出了线型Cluster态实现任意部分用户间QSS协议、星型Cluster态四用户QSS协议和QC协议,并利用纠缠模型分析了选用对称和非对称网络结构时,每种协议密钥率和传输距离之间的变化关系。结论为在量子网络中利用相干态实现QSS和QC协议提供了理论依据。

关键词：量子通信相干态连续变量测量设备无关 Cluster态

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连续变量高阶模压缩态光场的实验研究进展

激光与光电子学进展 2022年第1期59卷 56-63页

作者：马龙燕曼君郭常员范宏进重庆三峡学院计算机科学与工程学院智能信息处理与控制重庆高校市级重点实验室重庆404120 重庆三峡学院机械工程学院重庆404120

连续变量压缩态光场在量子信息处理中占据重要的地位,其最有效的产生方式是光学参量振荡器。目前大多数研究集中于基模压缩态光场,而高阶模的相位分布以及强度分布相比基模更为复杂,基于不同阶模式的特点及正交特性,高阶模压缩光为量子... 详细信息

连续变量压缩态光场在量子信息处理中占据重要的地位,其最有效的产生方式是光学参量振荡器。目前大多数研究集中于基模压缩态光场,而高阶模的相位分布以及强度分布相比基模更为复杂,基于不同阶模式的特点及正交特性,高阶模压缩光为量子通信与量子精密测量等领域带来广泛的应用前景。本文介绍了基于光学参量振荡器制备连续变量高阶模压缩态光场的实验研究进展,阐述了目前常用的两种产生高阶模压缩态光场的方式,包括运转于高阶模OPO和基模压缩光结合模式整形装置。

关键词：量子光学压缩态高阶模连续变量光学参量振荡器