基于參量光源的誘騙態(tài)量子密鑰分配研究.pdf

1、密碼學在金融、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)今的密碼體制產生極大的沖擊，基于計算復雜度的經典密碼學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)密鑰的特性受到關注，再結合經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的基本原理為基礎的

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在較遠距離處產生密鑰的原因。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。將這種光源應用于QKD系統(tǒng)中，再結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。
　　本文總結了作者攻讀博士學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容，主要包括以下幾項內容:
　　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果。增單光子相干態(tài)就是這樣一種光源，我們分別將其應用于BB84協(xié)議和測量設備無關(MDI)協(xié)議當中，分析密鑰產生率和最遠的傳輸距離，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.標記單光子源(HSPS)是通過對參量下轉換產生的光子對中的一路進行探測來標記另外一路而得到，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晶體產生高亮度的HSPS，并結合被動式誘騙態(tài)將其應用于相位編碼BB84QKD系統(tǒng)中，最后可以實現(xiàn)200km的密鑰傳輸，密鑰率能夠達到和使用弱相干光比擬的水平。
　　3.弱相干光的光子數分布為泊松分布，當衰減到一定光子數水平時，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元件的非泊松光源，設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。