研究連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)

       量子保密的巨大的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值,吸引了各國政府投入了大量資源與人力進(jìn)行研究。 它是一門新興學(xué)科,它的出現(xiàn)改變了加密僅依賴數(shù)學(xué)與邏輯變換的傳統(tǒng)模式,開辟了物理密碼學(xué)的新思路。
      在量子保密通信發(fā)展過程中,連續(xù)變量量子保密技術(shù)出現(xiàn)較晚。但是由于該技術(shù)使用經(jīng)典光源作為信號(hào)源,具有實(shí)現(xiàn)成本低,信道容量大,密鑰生成率高等優(yōu)點(diǎn),因此一面世就受到諸多關(guān)注。

       本文研究目標(biāo)是解決連續(xù)變量量子保密通信中的關(guān)鍵技術(shù),提出一些具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的調(diào)制和接收技術(shù),并在解決關(guān)鍵技術(shù)問題的基礎(chǔ)上,完成實(shí)用化連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)樣機(jī)的研制。
    主要工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：
    1.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了脈沖平衡零差檢測(cè)單元,并對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)試。經(jīng)測(cè)試,所實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)器單元整體等效量子效率為52.6%,在參考光平均功率為-20dBm時(shí),電噪聲比量子噪聲低17.517dB,共模增益抑制比（CMRR）為70dB,其共模增益、低噪性等指標(biāo)已超過國外同類報(bào)道。
     2.建議采用偏振分集接收解決偏振抖動(dòng)對(duì)于光場(chǎng)正則分量檢測(cè)的影響,引入算符代數(shù)方法對(duì)所建議的方案進(jìn)行了理論分析。
      3.搭建往返式連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),改進(jìn)了傳統(tǒng)光路結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)雙相位二維高斯調(diào)制。該方法具有成本低,調(diào)制精度高,且偏振不敏感的特點(diǎn)。其強(qiáng)度調(diào)制動(dòng)態(tài)消光比約為9.5dB,由調(diào)制引起的噪聲比量子噪聲低20dB。達(dá)到實(shí)驗(yàn)精度要求。通過實(shí)驗(yàn),證明了連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)與經(jīng)典光通信波分復(fù)用的可行性,zui終在系統(tǒng)時(shí)鐘100KHz,8公里的通信距離上,實(shí)現(xiàn)-0.8kbps的密鑰分發(fā)速率。
    4.搭建雙不等臂MZ干涉光路,實(shí)現(xiàn)單向連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)zui大安全通信距離約為27.2Km,zui大密鑰分發(fā)速率近10Kbps,這是迄今報(bào)道zui遠(yuǎn)的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn),研究了影響連續(xù)變量量子密鑰系統(tǒng)性能的幾個(gè)因素,包括損耗、噪聲與環(huán)境等。

     討論了實(shí)際系統(tǒng)中*調(diào)制方差與調(diào)制精度的選擇,并通過對(duì)信道的實(shí)時(shí)監(jiān)控,證明了系統(tǒng)的實(shí)際安全。
    5.研究了連續(xù)變量量子數(shù)據(jù)加密實(shí)際安全性。建立了高斯有損有噪信道中,光束分離攻擊下,協(xié)議的安全分析模型。根據(jù)信息論相關(guān)知識(shí),分析了實(shí)際信道參數(shù)對(duì)其安全性的影響,推導(dǎo)了滿足實(shí)際安全的邊界條件并繪出數(shù)值曲線。

      結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)中調(diào)制電路精度受限的特點(diǎn),提出采用弱相干態(tài)代替經(jīng)典場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)安全的量子數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng),且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
   6.在以上研究的成果基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接近實(shí)用化的連續(xù)變量量子保密通信實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)集成量子密鑰分發(fā),量子數(shù)據(jù)加密和量子身份認(rèn)證三大功能,可以支持圖像、文本和實(shí)時(shí)語音加密傳輸。