基于EPR对的Two-step QSDC方案模拟研究

量子安全直接通信(Quantum secure direct communication,QSDC)协议是继BB84和EPR协议之后提出的关于量子通信的一个重要协议。自2000年龙桂鲁和刘晓曙提出第一个QSDC协议以来,得到了迅速发展。随后,邓富国等利用块传输思想,提出了基于EPR对的Two-Step QSDC方案。研究提出了光子的制备、光子通过偏振片前后的变化等算法,利用AS代码将量子通信过程中一些不可观察的过程可视化,并以Flash技术为载体,对基于EPR对的Two-Step QSDC方案进行了模拟仿真。模拟结果在直观展示出通信过程的基础上,证明了利用计算机对量子通信进行仿真的可行性。     

一种星型网络中的双向量子安全直接通信方案

基于三粒子GHZ态特点,结合其在星型网络中的通信应用,提出了一种双向量子安全直接通信方案。通过对三粒子幺正变换的设计,可实现双向通信中一对量子传输4 bit经典信息,提高了通信效率。方案的安全性分析表明,利用GHZ态粒子间所选择的幺正变换及测量相关性可抵御窃听者的被动式和截获重发式攻击。该方案具有较高的通信效率,并且保障了信息的安全传输。     

非简并偏振纠缠源用于光纤量子通信

报道了一个基于自发参量下转换(SPDC)的偏振纠缠实验.采用两块BBO晶体粘合的方法,利用SPDC过程制备810和1 550 nm的偏振纠缠光子对源.用单模光纤耦合来收集参量光子对,在产生的纠缠态中,两光子符合计数为200 cps(每秒钟计数).为了验证产生的纠缠态,利用两个偏振分析器系统测量纠缠相关度,其中,干涉可见度约为90%.     

基于多硬币量子游走的仲裁量子(t,n)门限群签名

量子群签名是一类具有特殊性质的仲裁量子签名的变体.大多数现有的基于隐形传态的量子群签名方案不具备门限性质,也难以拓展为量子门限群签名.为了实现从普通量子签名向量子(t, n)门限群签名的扩展,解决基于联合Bell态测量的量子签名效率低下的问题,本文以量子游走实现的广义隐形传态为基础,提出了一种量子(t, n)门限群签名方案. n个签名者组成一个群组,只有其中的t个签名者可以利用量子游走系统代表该群组生成一个有效的签名.所提出方案使用基于多硬币量子游走的隐形传态来传递量子消息,量子一次一密验证量子消息.验签者在可信仲裁者的帮助下,通过量子比较算法来检查签名的有效性.在安全性方面,所提出方案满足门限群签名的不可伪造性、不可否认性、门限安全性、签名者身份可追踪性和签名者的匿名性要求.在效率方面,所提出方案使用基于量子游走的隐形传态实现量子信息的传输,无需提前制备纠缠量子态,以高效的单粒子投影测量代替联合测量.此外,所提出方案使用随机数和公共板,可以避免验签者对签名的否认并保证签名的完整性.     

基于六量子态的高容量量子秘密共享方案

为了提高一方到多方量子秘密共享方案的量子比特容量,提出了一种基于六量子态的新方案.发送方首先根据共享秘密对初始的光子序列进行相应的酉操作,然后进行随机的酉操作并发送给接收方.接收方依次进行随机的酉操作,最后一位接收方将光子序列返回给发送方.发送方选用正确的测量基进行测量,并公布与测量结果有关的信息;接收方则根据该信息和各自的酉操作获得共享秘密.理论分析结果表明,当存在n位接收方时,所提方案的量子比特容量为1,而已有的类似方案为1/n,故前者具有容量高、所需量子资源少的优点.此外,所提方案中发送方负责测量,所有接收方只需执行酉操作,因此对接收方的设备要求低,特别适用于发送方设备条件远超过接收方的情况.     

基于准单光子光源的非正交诱惑态量子密钥分配

基于准单光子光源HSPS(heralded single photon source),推导了非正交(SARG04)三诱惑态(真空态和2个弱光强态)量子密钥分配方案。为了降低实现难度,将2个弱光强态合并,提出了简化的二诱惑态方案(真空态和一个弱光强态)。此方案将主动诱惑态方案和被动诱惑态方案相结合,不舍弃接收者检测结果中发送端探测器没有响应的脉冲集合,而是用来估计参量和生成密钥。数值仿真表明,被动诱惑态思想的加入,提高了密钥生成效率;二诱惑态方案的密钥生成效率非常趋近于无穷诱惑态方案的理论极限值;在实现难度相同的条件下,SARG04协议的密钥生成效率和传输距离都高于BB84协议。     

大气传输对量子纠缠时钟同步测量精度影响分析

采用量子纠缠进行时钟同步的测量精度在理想信道传输中可以达到飞秒级;但纠缠光子在非理想信道(大气层)传输中将产生传输时延。分析了因大气吸收效应和散射效应产生的衰减和散射效应引起的时延,重点分析了两者对于量子时钟同步测量结果的影响。仿真表明,经过大气传输后量子时钟同步测量精度为0.01 ns,传输经验模型造成误差为1 ns。     

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.     

集体幅值阻尼信道上的量子安全直接通信

针对幅值阻尼信道,提出了一个高效的量子安全直接通信协议.协议利用两粒子量子态编码一个逻辑比特,从而可以抵抗集体幅值阻尼效应.消息分发者直接将秘密编码,接收者执行确定的测量解码消息,测量不存在测量基不匹配的情况.量子态传输过程利用非正交态不可区分性保证其安全性.此外,利用量子计算的基本操作构造了量子线路以实现信道编码和信息编码.     

联合噪声下的量子离物传态

提出了利用四光子纠缠态进行联合退相位噪声和联合转动噪声下的量子离物传态方案.信息态的发送者Alice,根据噪声的不同,制备不同的四光子纠缠态,并把其中两个光子发送给Bob,另两个光子保留.Alice对手中的信息态和其中一个保留态进行联合Bell基测量,从而把信息态的部分信息转移到了Bob手中的光子上,然后Alice和Bob再对相应的光子做单光子测量,Bob根据单光子测量结果对手中未做单光子测量的光子实施合适的酉算符操作,从而得到信息态,实现联合噪声下的量子离物传态.本方案牵涉到两方(Alice和Bob),可以推广到多方可控离物传态.另外方案中仅需要进行联合Bell基测量和单光子测量,在实验上具有可行性.     

基于单光子的安全通信方案

提出了利用单光子态在通信双方之间建立密钥以及进行安全通信的方案.在此方案中除了用于检测窃听者是否存在的量子态以外,剩余的量子态全部用来建立密钥,效率较高,并且在此基础上提出的安全通信方案的安全性达到"一次一密"的水平.     

鲁棒的光纤量子密码系统的电子学设计

单模光纤本身存在着极化模式色散效应，使得极化编码方式很难用于光纤量子密码，对此，我们利用极化纠缠光子对实现了一种时间标记的量子密码方案。该方案克服了单模光纤对极化模式集体旋转影响，且不需要校正参考系。简要介绍了这个方案的原理及其实验过程，并着重介绍整个量子密码系统的电子学设计，最后给出了一些主要的实验结果并同理论预言相比较。     

基于光开关的量子交换器

为了研究量子通信系统,提出了一种基于光开关的量子交换器,它是量子通信网络的节点．该量子交换器主要由交换模块、控制模块和输入输出模块组成．它在量子通信网络的发信者与收信者之间建立光子链路,为通信双方提供量子信道,用于传输量子信息．搭建了量子交换器平台,并用微弱光源对该量子交换器平台进行了测试,结果表明该量子交换器具备了量子通信网络中节点的功能,能够成功实现量子通信网络的功能．     

An error-free protocol for quantum entanglement distribution in long-distance quantum communication

Quantum entanglement distribution is an essential part of quantum communication and computation protocols. Here, linear optic elements are employed for the distribution of quantum entanglement over a long distance. Polarization beam splitters and wave plates are used to realize an error-free protocol for broadcasting quantum entanglement in optical quantum communication. This protocol can determine the maximum distance of quantum communication without decoherence. Error detection and error correc-tion are performed in the proposed scheme. In other words, if there is a bit flip along the quantum channel, the end stations (Alice and Bob) can detect this state change and obtain the correct state (entangled photon) at another port. Existing general error detec-tion protocols are based on the quantum controlled-NOT (CNOT) or similar quantum logic operations, which are very difficult to implement experimentally. Here we present a feasible scheme for the implementation of entanglement distribution based on a linear optics element that does not need a quantum CNOT gate.     

缀饰态的几何相位特征及其分布状态研究

以时域对称光场作用下的二能级原子系统为模型, 细致地研究了缀饰态中动力学相位和几何相位的表现形式和分布状态. 利用量子干涉效应, 在理论上提出了实现测量几何相位分布的新方法. 这种测量方法克服了核磁共振和光子回波技术的不足之处, 阐述了测量方法和物理机理.     

基于半导体量子点的量子通信

光子源和纠缠光子对的制备是量子信息产生和传输过程的源头,是实现量子通信的重要前提条件.半导体量子点固体系统具有可集成性和可扩展性的优点,并且与现有的半导体光电子学技术密切相关,近年来在单光子源和纠缠光子对制备方面取得了重要的进展,是未来全固态量子通信的重要元器件.从量子通信的基本原理出发,阐述了制备单光子源和纠缠光子对的重要性,介绍如何解析推导出圆形常规半导体量子点中的电子结构,描述了圆形拓扑绝缘体量子点中边缘态具有双重简并的电子结构,能级间隔与量子点的具体形状无关,并且具有自旋轨道锁定的特性,总结了实验和理论上在利用这一独特的电子结构制备单光子源和纠缠光子对方面取得的重要进展.     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态（英文）

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案。利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案。在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上。在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制。此外,还讨论方案的实验可行性。     

非绝热、非周期演化量子相位特征与测量研究

以二能级原子系统为模型, 细致地研究了非绝热演化量子相位特征. 基于量子干涉原理, 提出了一种测量非绝热演化量子相位的新方法. 且阐述了这种测量方法的物理机理, 利用这种方法在原子态布居几率的干涉条纹中可直接获得量子相位的分布信息.     

应用单模腔场中的超导量子干涉仪制备n比特W态的简单方案

提出了一个制备n比特W态的简单方案,利用一个单模腔场与放置在其中的n个超导量子干涉仪发生共振相互作用,且共振相互作用的耦合强度远大于其他作用的强度,此时,超导量子干涉仪其他能级与腔模间的相互作用可以忽略,这样,仅通过一步时间演化就可制得n比特W态.并且在衰减强度和耦合强度相接近时,仍然可以成功制备n比特W态.     

Time-division phase modulated single-photon interference in a Sagnac interferometer

We introduce a stable, long-distance singlephoton Sagnac interferometer, which has a balanced configuration to efficiently compensate phase drift caused by change of the fiber-optic path. By using time-division phase modulation, single-photon interference was realized at 1550nm in a 5-km-long as well as 27-km-long Sagnac fiber loops,with a fringe visibility higher than 90% and long-term stability. The stable performance of the single-photon interference indicated that the time-division phase-modulated Sagnac interferometer might readily lead to practical applications in single-photon routing and quantum cryptography.