基于诱骗态方法的量子密钥分发

诱骗态量子密钥分发方法成功地解决了光子数分离攻击的安全性漏洞,并且使得人们实现了长距离的量子密钥分发.回顾了量子密钥分发的发展过程,从BB84协议至三强度诱骗态方法的实现.并且详细叙述了如何通过输入参数来获得绝对安全密钥的成码率.     

传输距离对实际量子密钥分发系统的影响

基于BB84协议原理,搭建偏振编码的长距离点对点实际量子密钥分发实验系统.利用该实验平台完成了5,10,15km 3种不同传输距离的量子密钥分发实验,并对系统主要参数实时采集进行数据分析.实验结果表明:随着发送端与接收端量子光纤信道距离的增加,在统计时间内,系统分段成码率降低,信号态和诱骗态误码率上升,系统产生的密钥量降低.     

光场压缩态与纠缠态的增强及量子信息网络

光场压缩态和纠缠态是进行量子精密测量和量子信息研究的重要资源.文章简要介绍光场压缩态和纠缠态的增强及其在量子密钥分发、连续变量多组分纠缠态光场的制备、量子通信网络和量子计算中的应用.     

基于偏振追踪的卫星量子密钥分配研究

卫星量子密钥分配是克服基于光纤密钥分发中距离限制的有效途径,偏振追踪技术是卫星量子密钥分配的关键技术。在光地面站和卫星之间的自由空间中进行量子密钥分配时,由于卫星的运动往往造成光子偏振态发生变化。为实现移动终端间基于偏振的量子密钥分配,本文提出基于偏振追踪机制量子密钥分配的通用参考框架,实现接收端在不需要有关发射端方向信息的前提下,仅通过检测标光信号即可判断收发方参照共同偏振基的向量。另外,本文还设计了采用上述框架的自由空间量子密钥分配原型系统。     

高效量子密钥分发系统协议研究

本文详细比较了各类量子密钥分发系统协议的密钥生成效率,对目前提高量子密钥分发协议效率的方法进行了总结,并对利用单光子多比特量子态提高量子密钥分发系统效率的方法进行了分析和展望。     

大数定理的测量设备无关量子密钥分配统计波动分析

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,结合诱骗态方案实现绝对安全的量子密钥分配。本文采用大数定理对有限密钥长度测量设备无关量子密钥分配方案中单光子计数率和误码率的统计波动进行分析,并对密钥长度为N=106~1012的单光子计数率和密钥生成率进行仿真。仿真结果表明:在光纤中传输时,随着密钥长度的减小,安全传输距离由无限密钥长度下的300km分别下降到260km(N=1010)和75km(N=106)。在N=1012时,安全传输距离达到295km,接近理论极限值。     

首科园地

百公里远距离量子通信既保密又安全日前,由清华大学、中国科技大学等机构组成的联合研究团队,在远距离量子通信研究上取得重大突破,在国际上率先实现绝对安全距离大于100公里的量子保密通信。科学家们采用诱骗信号方法在国际上率先实现了以弱激光为光源、绝对安全距离大于100公里的量子密钥分发。这是我国科学家继五光子纠缠态制备与操纵、自由空间量子纠缠分发以及复合体系量子态隐形传输等重要研究成果后,在量子通信实验领域取得的又一国际领先的研究成果。植物无糖组培环境控制技术取得突破北京科技协作中心协办日前,由中国农业科学院农…     

基于具有极化和空模自由度的单光子的量子加密量子对话

本文提出一种新颖的基于具有极化和空模自由度的单光子的抗信息泄露量子对话(Quantum Dialogue, QD)协议,利用量子加密技术克服信息泄露问题.本文协议利用量子加密技术和诱骗光子技术对用于编码两个通信者隐秘经典比特的双自由度单光子进行双重保护.为了避免信息泄露问题,用于编码的双自由度单光子的初始态通过量子密钥加密和解密被两个通信者共享.本文协议的信息论效率为40%.     

一种新的量子密钥分发、认证协议

为了提高量子密钥的分发效率,降低信道要求,并在密钥分发过程中实现身份认证,提出了一种新的量子密钥分发协议,在该协议中载波光子的发送与接收仅由一方完成.该协议只有一条量子信道,通过在量子信道的中段对光子进行偏振调制,可将欲传递的信息附加到光子上;同时,该协议通过通信双方的共享信息进行身份认证,避免了以往同类协议中不安全的经典信道.该协议属于偏振光类型的量子传输协议.当收发均由一方进行时,能有效地提高光子的利用效率,并增强安全性能.     

相位编码量子密钥分发系统相位补偿方法研究

本文详细比较了基于相位编码量子密钥分发系统的各种相位补偿方法,对目前提高相位编码相位稳定性的方法进行了总结,并对利用有效提高相位编码量子密钥分发系统相位稳定性的方法进行了分析和展望.     

2021年中国十大科技成果盘点

一、我国成功构建了世界首个天地一体化的量子通信网络 1 月,中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海技术物理研究所等单位合作,构建了世界上首个天地一体化量子通信网络.量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式.科研人员在量子保密通信"京沪干线"与"墨子号"量子卫星成功对接的基础上,构建了世界上首个集成700 多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个卫星对地自由空间高速QKD 链路的广域量子通信网络,实现了星地一体的大范围、多用户量子密钥分发.     

SIP协议量子身份认证与密钥协商方案

针对现有SIP协议安全方案无法检测窃听、以及经典密码体制面临量子计算攻击时的脆弱性问题,提出了一种将量子用户身份认证及密钥协商与SIP协议结合的方案。SIP服务器制备三粒子W态并将其中两个粒子分发给SIP用户,首先对随机插入的粒子进行测量以检测窃听,然后通过量子操作与测量验证用户身份;密钥协商阶段,三方不需制备与分发新的W态,仍基于持有的W态进行随机测量,SIP用户根据有效测量结果生成初始会话密钥.性能分析表明本方案能够对抗伪装攻击与窃听攻击,有效提高SIP协议安全性。     

具有双向认证功能的多方量子密钥分发

基于Greenberger-Horne-Zeilinger态的纠缠特性,设计一个具有双向认证功能的多方量子密钥分发协议.在协议中,量子网络中的任意两个用户均可在一个半可信第三方的帮助下,共享一个安全的会话密钥.其中,利用带密钥的单向hash函数技术对每个用户的身份进行认证.最后,对协议的安全性进行分析,表明该协议在理论上是安全的.     

基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议

提出了一种基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议.它建立在纠缠量子系统的内部关联的基础上,双方通过共享纠缠量子系统和做单粒子量子测量建立起共享的密钥.与传统的只能生成随机字符串作为密钥的量子密钥分配协议不同,利用该协议,双方可以以任意指定的字符串作为共享的密钥.量子力学的定律保证了该协议的无条件安全性.除了单粒子量子测量之外,不需要做任何复杂的量子操作,因此它更容易实现,健壮性更好.     

光纤信道压力对实际量子密钥分发误码率的影响

基于BB84协议原理, 构建压力环境下偏振编码的点对点实际量子密钥分发系统, 进行光纤信道压力作用下的量子密钥分发实验, 并采用半正定算子测量方法建立误码率分析模型. 实验结果表明： 相同作用力下, 误码率随作用角度的增加而增大, 与仿真结果相同; 相同作用角下, 误码率随作用力的增加呈平缓的震荡上升趋势, 但当作用力超过某一临界值时, 误码率会迅速提高, 逼近极限值, 迫使量子密钥分发系统重新建立连接.     

用于连续变量码率自适应的数据协调方案

量子密钥分发能够使得合法通信双方共享一组无条件安全的密钥。数据协调是量子密钥分发过程中非常重要的一个环节,能够对密钥分发过程中产生的错误进行纠错。低密度奇偶校验(LDPC)码是一种性能接近于Shannon极限的信道纠错码,适用于高效的数据协调。为了达到高的协调效率,需要根据信道的信噪比适当地选择最佳的LDPC码的码率。我们提出了一种适用于高斯调制连续变量量子密钥分发的码率可调的数据协调方案:当信道信噪比发生变化时,使用码率调整技术对数据协调过程中每一级LDPC码的码率进行适当地调整,从而确保数据协调的效率在一定信噪比变化范围内能够保持。     

量子通信中的量子加密网络

对量子密钥分发协议进行了研究，利用点－点量子密钥分发协议的基础上，基于传统密钥托管方案，推广到多点之间（即在网络环境下）的密钥分发协议，提出了多用户、多控制中心网络环境下量子密钥分发过程的实现方法。各中心节点只起到密钥存储、Bell基联合测量、对密钥进行接力传送的作用，密钥是动态产生的，各中心并不知道最终生成的密钥。     

基于极化码的单步量子密钥分发后处理

量子密钥分发结合一次一密的加密方案可以在理论上保证通信的无条件安全性。然而,量子密钥后处理过程中的误码纠错和密性放大两个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性。故此,本文提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将两个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时。实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,所提出算法可同时满足纠后误码率10-7的可靠性条件以及窃听信息量10-14的安全性条件,码长为220比特时,译码吞吐率可达3Mbps,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mbps。     

光子相位调制偏振编码/解码量子密钥分发系统

基于B92协议,提出相位调制实现偏振编码/解码的量子密钥分发实验系统方案。通过相位调制可以实现对光子偏振和相位的精确补偿,降低误码率。用算符来描述实验系统中的光学器件,态函数来描述光子的偏振态,算符对态函数的作用反映了光子偏振态的变化,便于理解光子偏振态的演化。这种编码的方案具有传输距离大和编码效率高的特点,而且经济、实用。     

自由空间量子密钥分发中信号发生与处理方案

针对自由空间量子密钥分发系统中的随机信号发生及数据采集这一难题,提出了一种利用在LabVIEW环境下开发的虚拟仪器程序来控制数字I/O板卡的解决方案.发送端利用程序控制高速数字输入/输出板卡,产生随机信号用于实现光子路径的随机选择.接收端采用缓冲周期测量的计数方式,采用两个计数器记录两路随机信号的信息,通过程序来完成对计数器板卡的控制,将采集到的数据保存在两个本地文件中,以用于后续的数据处理分析.本方案具有易于开发和调试、维护方便、应用灵活、成本低等优点,已经成功用于基于B92协议的自由空间量子密钥分发系统中.