基于參量光源的誘騙態(tài)量子密鑰分配研究.pdf

1、密碼學(xué)在金融、通信以及軍事等方面起著越來越大的作用，正是來自于各方面對信息安全的強烈需求。而隨著量子計算機的提出與不斷發(fā)展，其出現(xiàn)必定會對現(xiàn)今的密碼體制產(chǎn)生極大的沖擊，基于計算復(fù)雜度的經(jīng)典密碼學(xué)在其計算能力與新穎的特殊算法面前顯得蒼白無力。然而量子密鑰分配(QKD)以其無條件安全的分發(fā)密鑰的特性受到關(guān)注，再結(jié)合經(jīng)典的被證明無條件安全的“一次一密”，就能保證無條件安全的保密通信。
　　QKD的無條件安全是以量子力學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)的

2、，自1984年提出，QKD的理論和實驗研究至今已發(fā)展了30余年。但是，目前實用化QKD的性能仍有很大的提升空間，探尋新的方法來實現(xiàn)更高性能的實用化QKD以滿足各方面日益增長的保密需求就顯得十分必要了。比如QKD的光源，目前比較常用的光源為弱相干態(tài)，通過衰減激光得到，但是其存在一個問題就是其光子數(shù)分布為泊松分布，含有較高的真空態(tài)比例，以及相對較低的單光子比例，這是限制QKD在較遠(yuǎn)距離處產(chǎn)生密鑰的原因。因此我們把目光投向包含真空態(tài)少，而且單

3、光子比例相對較高的亞泊松分布光源。標(biāo)記單光子源(HSPS)恰好可以滿足這個要求，真空脈沖可以通過標(biāo)記來消除掉，在概率歸一化之后單光子比例明顯變高。將這種光源應(yīng)用于QKD系統(tǒng)中，再結(jié)合主動或被動誘騙態(tài)方法，可以實現(xiàn)接近理想情況下的QKD性能。
　　本文總結(jié)了作者攻讀博士學(xué)位期間在量子密鑰分配系統(tǒng)中的亞泊松分布光源與誘騙態(tài)方法等實用化方面的主要研究內(nèi)容，主要包括以下幾項內(nèi)容:
　　1.我們尋找了一種光源，既不包含真空態(tài)，又含有較

4、高比例的單光子成分，結(jié)合誘騙態(tài)方法就可以實現(xiàn)與理想單光子源相媲美的結(jié)果。增單光子相干態(tài)就是這樣一種光源，我們分別將其應(yīng)用于BB84協(xié)議和測量設(shè)備無關(guān)(MDI)協(xié)議當(dāng)中，分析密鑰產(chǎn)生率和最遠(yuǎn)的傳輸距離，并與另外兩種實際的光源進行比較，可以明顯地看出比二者的優(yōu)越性。
　　2.標(biāo)記單光子源(HSPS)是通過對參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的光子對中的一路進行探測來標(biāo)記另外一路而得到，因此這就消除掉了大部分的真空脈沖，在QKD中可以提高傳輸距離。利用這一

5、特性，我們搭建了一套使用PPLN晶體產(chǎn)生高亮度的HSPS，并結(jié)合被動式誘騙態(tài)將其應(yīng)用于相位編碼BB84QKD系統(tǒng)中，最后可以實現(xiàn)200km的密鑰傳輸，密鑰率能夠達(dá)到和使用弱相干光比擬的水平。
　　3.弱相干光的光子數(shù)分布為泊松分布，當(dāng)衰減到一定光子數(shù)水平時，會包含大量真空態(tài)且單光子成分低，因此會限制QKD的性能。針對這種情況，有人提出一種基于線性光學(xué)元件的非泊松光源，設(shè)計出一種被動式誘騙態(tài)方案，既可以提高系統(tǒng)安全性，又提高了性能。