光纖量子密碼和量子指紋識(shí)別研究.pdf

1、量子信息物理學(xué)是基于量子物理的原理來(lái)研究信息學(xué)的學(xué)科，同經(jīng)典信息學(xué)相比，在解決一些問(wèn)題上有巨大優(yōu)勢(shì)?；诹孔恿W(xué)的基本原理可以實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)(QKD)，可以理論上無(wú)條件安全地進(jìn)行密鑰的擴(kuò)展，配合一次一密的加密方式，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全的保密通信?；诹孔討B(tài)疊加干涉的量子指紋比對(duì)，可以做到比經(jīng)典方案更節(jié)約信息量?；诹孔討B(tài)測(cè)量塌縮原理的量子隨機(jī)數(shù)，可以做到比經(jīng)典隨機(jī)數(shù)更加安全，理論上是無(wú)法預(yù)測(cè)的。
　　本論文首先介紹一種高度抗信道干

2、擾的新型QKD方案。普通的QKD方案對(duì)系統(tǒng)的錯(cuò)誤率有著嚴(yán)格的要求，而這種方案可以容忍很高的錯(cuò)誤率，理論上可以到50％的極限。之后我們介紹原方案的一些不足，在此基礎(chǔ)上，我們提出了該方案的被動(dòng)式實(shí)現(xiàn)，并演示了其高容錯(cuò)率的能力。我們的方案在53km的距離上，比特錯(cuò)誤高達(dá)31.2％的時(shí)候依然可以成碼。這超越了現(xiàn)有的其它QKD協(xié)議，有望應(yīng)用于環(huán)境干擾較大的場(chǎng)合。
　　指紋識(shí)別是經(jīng)典信息論中的一個(gè)重要內(nèi)容，為了讓Referee判斷出Alice

3、和Bob雙方的信息是否相同，Alice和Bob只需發(fā)送一小段“指紋”數(shù)據(jù)給Referee。對(duì)于經(jīng)典的n長(zhǎng)度的字串做指紋識(shí)別，需要發(fā)送√n量級(jí)的信息量，而量子態(tài)有著相干疊加的性質(zhì)，n個(gè)qubits相干疊加可以有2n個(gè)基矢，從而能攜帶的信息量指數(shù)的優(yōu)于經(jīng)典比特。亦即，理論上通過(guò)log2n量級(jí)的qubits就可以完成指紋識(shí)別的任務(wù)。我們首先介紹了更加實(shí)用的相干態(tài)量子指紋識(shí)別方案，證明其同樣擁有指數(shù)量級(jí)的優(yōu)勢(shì)，然后我們進(jìn)行了遠(yuǎn)距離的量子指紋識(shí)別

4、試驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化各個(gè)部分的性能，在20km的距離下實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于經(jīng)典理論極限的指紋識(shí)別，是目前量子指紋識(shí)別的最遠(yuǎn)距離，而且是首個(gè)超越經(jīng)典信息理論極限的量子指紋識(shí)別實(shí)驗(yàn)。
　　隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器也是通信領(lǐng)域用到的關(guān)鍵器件。經(jīng)典的隨機(jī)數(shù)通常用偽隨機(jī)數(shù)或經(jīng)典物理隨機(jī)數(shù)的方式產(chǎn)生。前者的安全性依賴于計(jì)算復(fù)雜度的假設(shè)，后者也不能完全證明不被攻擊者控制。而量子隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生依賴于量子力學(xué)假設(shè)，其隨機(jī)性在量子力學(xué)框架下，不受攻擊者影響。本論文提出了一種測(cè)量設(shè)