基于光纤通信的连续变量量子密钥分发改进研究

论文摘要

量子密码学是量子信息中的一个重要研究分支,它利用量子力学的物理原理—量子不可克隆定理与测不准原理,在理论上实现了无条件安全的保密通信。而随着当前互联网信息的日益发展,信息安全的重要性也日益凸显,这使得量子密码学受到各方的高度关注,成为当前社会普遍关注的热点问题。当前,量子密钥分发主要有两大类:基于离散变量的量子密钥分发和基于连续变量的量子密钥分发。虽然基于单光子类协议的离散变量技术经过几十年的发展已逐步趋于成熟,取得重大进展,但是由于在单光子态的制备和检测方面存在很大技术难题,而连续变量量子密钥分发是将信息编码在光场的正则分量上,信息的载体是连续变量,从而解决了离散变量类协议在单光子方面的技术难题,这使得连续变量类协议成为其更为有效的替代方案。本文以相干态连续变量量子密钥分发为研究点来展开,主要包括三方面的内容:1.利用光参量放大器提升存在器件噪声时中间纠缠源连续变量量子密钥分发的安全传输距离。为提升存在器件非理想特性时系统的安全码率与最大传输距离,本文提出在接收端添加光放大器对信号进行放大,通过协方差矩阵的变换,推导了系统在集体攻击反向协调下的安全码率表达式。并进行实际参数的数值模拟,结果表明,在合适参数的选择下,光放大器的使用能够提升系统的最大传输距离。2.分析了光参量放大器对于自参考连续变量量子密钥分发协议中相位噪声的影响。自参考连续变量量子密钥分发协议由于参考脉冲与相位脉冲的不匹配,会引入一定相位噪声,降低了系统性能。本文通过在接收端添加放大器,详细分析了放大器对相位噪声的影响,推导了系统在集体攻击反向协调下的安全码率表达式,基于实际数值的仿真表明,在合适参数的选择下,加入放大器能够补偿自参考连续变量量子密钥分发系统的相位噪声,从而有效提升系统的最大传输距离。3.提出了一种通过连续变量将量子密钥分发与私有经典通信相结合的方案。为实现量子通信和经典通信的并行传输,本文提出利用相干态的正则分量,对经典比特数和高斯随机数进行编码,通过特定的约定方法,实现两者的同时传输。经过实际的数值仿真,结果表明通过这种方法可以安全地实现量子密钥分发和经典通信的并行传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 密码学简述
•   1.2 量子密钥分发概述
•   1.3 连续变量量子密钥分发的发展及现状
•   1.4 论文研究内容及结构
• 第二章 量子密钥分发理论基础
•   2.1 量子力学基本公设
•   2.2 量子力学的重要性质
•   2.3 量子光学基础
•     2.3.1 光场的量子化
•     2.3.2 Fock态、相干态和压缩态
•     2.3.3 高斯态与高斯操作
•   2.4 信息论基础
•     2.4.1 Shannon熵
•     2.4.2 Von Neumann熵
•     2.4.3 Holevo界
•   2.5 本章小结
• 第三章 连续变量量子密钥分发
•   3.1 CV-QKD协议概述
•   3.2 GG02 协议
•     3.2.1 制备测量模型
•     3.2.2 纠缠等效模型
•   3.3 高斯最优定理
•   3.4 GG02 协议安全性分析
•     3.4.1 个体攻击下的安全性分析
•     3.4.2 集体攻击下的安全性分析
•     3.4.3 相干攻击下的安全性分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 光放大器对CV-QKD的影响
•   4.1 光放大器对中间纠缠源CV-QKD的影响
•     4.1.1 加入光放大器的中间纠缠源CV-QKD
•     4.1.2 放大器模型
•     4.1.3 改进后的安全码率计算
•     4.1.4 数值仿真分析
•   4.2 放大器对SR-CV-QKD的影响
•     4.2.1 加入光放大器的SR-CV-QKD
•     4.2.2 安全性分析
•     4.2.3 数值仿真分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 经典通信与量子通信的同时传输
•   5.1 利用连续变量实现经典通信与量子通信同时传输
•     5.1.1 方案执行流程
•     5.1.2 类QPSK调制
•     5.1.3 GMCS CV-QKD的安全性
•   5.2 数值仿真分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间论文成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 龚峰

导师: 王天一

关键词: 量子密钥分发,连续变量,相干态,中间纠缠源,光放大器,经典通信

来源: 贵州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 贵州大学

分类号: TN918.4;O413

总页数: 64

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