全光纤四态分离调制连续变量量子密钥分发解读
连续变量量子密钥
连续变量量子密钥连续变量量子密钥通常是指用连续变量量子系统来实现量子密钥分发和量子密钥分发协议。
在传统的量子密钥分发中，通常使用离散变量量子系统，如量子比特，来进行信息传输和密钥分发。
然而，连续变量量子密钥的提出，为量子通信和量子密钥分发带来了新的可能性。
连续变量量子密钥分发的基本原理是利用连续变量量子系统中的连续变量来编码和传输密钥信息。
连续变量通常指的是量子系统中的连续物理量，如光的相位和振幅。
相比于离散变量，连续变量具有更高的信息传输速率和更低的实验要求，因此在量子通信中具有重要的应用价值。
在连续变量量子密钥分发中，通信双方通常使用光的连续变量来编码密钥信息。
通过光的相位和振幅的调制，发送方可以将密钥信息编码到光的连续变量中，并将其发送给接收方。
接收方通过测量光的连续变量，可以获取到发送方编码的密钥信息。
由于量子系统的本质，任何对光的连续变量的测量都会对其状态造成不可避免的扰动，因此，即使是被窃听的量子信道，也可以通过特定的协议来检测到窃听行为，并确保密钥的安全性。
在连续变量量子密钥分发中，最常用的协议是基于连续变量的一次态密度矩阵编码协议（CV-MDI-QKD）。
该协议通过发送和接收方的相互配合，实现了密钥信息的编码和传输。
发送方首先对密钥信息进行编码，然后将编码后的光信号发送给接收方。
接收方在接收到光信号后，通过测量光的连续变量，获取到发送方编码的密钥信息。
最后，发送方和接收方通过公开的经典信道，对测量结果进行比较和纠错，以确保密钥的一致性和安全性。
除了CV-MDI-QKD协议，还有其他一些基于连续变量的量子密钥分发协议，如基于连续变量的双向量子密钥分发协议（CV-BB84），基于连续变量的量子反馈协议（CV-QFB），以及基于连续变量的量子密钥分发协议（CV-QKD）。
这些协议都是基于连续变量的量子系统进行的密钥分发，具有不同的特点和应用场景。
总结起来，连续变量量子密钥是利用连续变量量子系统进行密钥分发和传输的一种方法。
光纤中连续变量量子密钥分发实验研究
Experimental Study of Fiber-Based Continuous-VariableQuantum Key DistributionABSTRACTQuantum key distribution(QKD)is one of the most important researchfield in quantum information.From an experimental point of view,QKD can be implemented with quantum discrete variables and continuous variables.What’s remarkable here is that the continuous-variable(CV)QKD promises to achieve a higher secret key rate, and it is a highly compact combination of coherent communication,thus that it could be easily integrated into the currentfiber network.Though the unconditional security of CV-QKD has been demonstrated,the secure distance(less than80km)and secret key rate(less than10kbps)are relatively low.Therefore,it is important for us to find out the limitations and then overcome these limitations when transforming the theoretical paradigm into a physical reality.The experimental achievements reported in the paper will include the latest theo-retical works,integrate the advanced technologies,and it mainly includes:1.Ultra-high sensitive and wideband shot-noise-limited balanced homodyne de-tectors(BHD)are developed.Because of the launching power limitation of local-oscillator(LO)in the long-distance CV-QKD,we developed an ultra-high sensitive BHD so that we can achieve the shot-noise limit detection as well as reduce the re-quirement of LO power at a distance beyond100km.The ratio between the shot noise and the electronic noise of our BHD is one order of magnitude larger than the reported state-of-art BHD,besides it has the ability to resolve the photon number.We also de-veloped a BHD which can achieve the shot-noise limit within1GHz bandwidth,which is much higher than the reported state-of-art wideband shot-noise-limited BHD.2.CV-QKD with a secure distance beyond100km is experimentally demon-strated for thefirst time.It is the longest CV-QKD over an opticalfibre channel yet demonstrated.Since the major limitation of the secure distance is the excess noise,our long-distance CV-QKD experiment combined with the excess noise analysis and controlling which utilized several advanced technical schemes,includes an ultra-high sensitive BHD,a high resolution phase compensation scheme,a high-efficiency classi-cal reconciliation scheme and so on.On the security side,the secure distance can reach 150km with the consideration of thefinite-size effects based on uncertainty principle, and the secure distance can also reach100km if we consider the recent composable security.The secure distance reported in this work almost doubles the record achieved in previous state-of-art experiment[Nat.Photonics7,378(2013)].3.50MHz CV-QKD is experimentally demonstrated for thefirst time,it is the highest repetition rate of the engineering system yet demonstrated.The major limita-tion of the repetition rate in a CV-QKD system is the bandwidth of BHD,and the ma-jor limitation of key rate per pulse is the excess noise.A wideband shot-noise-limited BHD and a high-speed and high-efficiency classical reconciliation are employed,so that we could improve the system repetition rate.Besides,the excess noise under the wavelength division multiplexing condition is analyzed and controlled.On the secu-rity side,thefinite-size effects are considered,and the secret key rate of1Mbps is achieved at a distance pared with the state-of-art experiment,owing to the great improvement of repetition rate,the secret key rate reported in this work is almost two orders of magnitude higher than the previous record.4.100MHz one-way CV-QKD without sending a LO is experimentally demon-strated for thefirst time,and we also introduce and experimentally demonstrate a plug and play dual-phase-modulated coherent states CV-QKD scheme.At the present stage, almost all of the security loopholes are focused on the transmitted LO.For the one-way CV-QKD reported in this paper,the LO is generated at the receiver’s side,so that we can defend all of the attacks associated with the LO.Meanwhile,we developed a new scheme to overcome the difficulty of conventional CV-QKD—two laser sources with high frequency stability are required.Based on the plug and play structure,we can use the dual-phase scheme to realize the CV-QKD with a locally generated LO using a single laser source,as well as keeping the security of the Gaussian scheme.5.Field CV-QKD network is demonstrated for thefirst time.This QKD network is based on the campus of Shanghai Jiao Tong University,four QKD nodes includingMinhang,Xujiahui,Fahua,and Qibao are connected based on commercial telecom-municationfiber links.In this paper,the excess noise caused by thefield environment is analyzed and controlled,and we also provide some improved methods.KEY WORDS:Quantum Information,Quantum Key Distribution,Continuous-Variable Quantum Key distribution,Quantum Key Distribution Network,Balanced Homodyne Detector.目录摘要iABSTRACT iii 目录vii 插图索引xiii 表格索引xv 主要缩略符号对照表xvii第一章绪论11.1密码学研究简史 (1)1.2量子密码与量子密钥分发 (2)1.3离散变量量子密钥分发国内外研究进展 (3)1.4连续变量量子密钥分发国内外研究进展 (5)1.4.1理论研究进展 (6)1.4.2实验研究进展 (7)1.5连续变量量子密钥分发特色、难点及研究脉络 (11)1.5.1连续变量量子密钥分发特色 (11)1.5.2连续变量量子密钥分发实验难点及研究脉络 (13)1.6各章节主要研究内容 (16)第二章连续变量量子密钥分发基础192.1量子物理基础 (19)2.1.1基本物理理论 (19)2.1.2量子光学理论 (21)2.2连续变量量子密钥分发协议及安全性 (28)2.2.1经典信息理论基础 (28)2.2.2连续变量量子密钥分发协议 (29)2.2.3协议理论安全性 (30)2.2.4系统实际安全性 (35)2.3本章小结 (40)第三章连续变量量子信号探测技术413.1散粒噪声极限探测 (41)3.2达到散粒噪声极限的高灵敏度平衡零差探测器 (43)3.2.1探测器设计及性能测试 (43)3.2.2光子数可分辨探测 (45)3.3达到散粒噪声极限的高速平衡零差探测器 (50)3.3.1300MHz带宽探测器设计及性能测试 (51)3.3.21GHz带宽探测器设计及性能测试 (55)3.4本章小结 (57)第四章远距离连续变量量子密钥分发594.1实验设计 (59)4.1.1光路设计 (59)4.1.2参数最优化 (61)4.2噪声分析和控制 (64)4.2.1通过使用弱本振光实现对过噪声的控制 (64)4.2.2通过使用高精度的相位补偿实现对过噪声的控制 (68)4.3实验结果分析 (73)4.4本章小结 (77)第五章高速连续变量量子密钥分发795.1实验设计 (79)5.2噪声分析和控制 (80)5.3实验结果分析 (83)5.4本章小结 (84)第六章本地本振连续变量量子密钥分发856.1实验验证本地本振单向连续变量量子密钥分发 (85)6.1.1单向本地本振量子密钥分发方案 (85)6.1.2实验设计 (86)6.1.3实验结果分析 (90)6.2实验验证本地本振往返式双相位调制连续变量量子密钥分发 (91)6.2.1往返式双相位调制方案 (92)6.2.2协议安全性分析 (97)6.2.3实验设计 (103)6.2.4噪声分析和控制 (106)6.2.5实验结果分析 (109)6.3本章小结 (110)第七章实地验证连续变量量子密钥分发网络1117.1实地验证网络结构及设计 (111)7.2实地系统噪声分析和控制 (114)7.2.1本振光光子反射及泄露 (115)7.2.2偏振补偿及本振光光子泄露 (118)7.3实地系统性能分析 (120)7.4本章小结 (122)第八章全文总结与展望123参考文献127致谢141攻读学位期间发表的学术论文143攻读学位期间申请的专利147攻读学位期间参与的项目149个人简历151插图索引1–1历史上第一次量子密钥分发实验 (4)1–2第一次实验验证高斯调制相干态连续变量量子密钥分发 (8)1–3连续变量量子密钥分发主要实验进展汇总 (11)1–4连续变量量子密钥分发研究脉络 (15)3–1弱相干态的误差圆以及平衡零差探测 (42)3–2高灵敏度平衡零差探测器噪声测试 (45)3–3自差分光子数分辨结果 (46)3–4光子数分辨平衡零差探测器噪声测试 (47)3–5光子数分辨平衡零差探测实验光路 (48)3–6光子数分辨平衡零差探测中的相位补偿 (49)3–7光子数分辨平衡零差探测时域测试 (49)3–8光子数分辨平衡零差探测分辨能力测试 (50)3–9光子数分辨平衡零差探测线性度测试 (51)3–10300MHz高速平衡零差探测器简化电路图 (52)3–11平衡零差探测器测试光路和电路 (53)3–12300MHz带宽平衡零差探测器噪声测试 (54)3–13300MHz带宽平衡零差探测器噪声频谱测试 (54)3–141GHz带宽散粒噪声极限平衡零差探测器噪声评估 (56)3–15探测器脉冲时域测试 (57)4–1远距离连续变量量子密钥分发实验光路 (60)4–2密钥率在0∼150公里不同安全距离下与调制方差之间的关系曲线62 4–3密钥率在60∼150公里不同安全距离下与调制方差之间的关系曲线62 4–4最优方差和其对应的信噪比随着安全距离的变化曲线 (63)4–5本振光和信号光复用和解复用的传输模型 (65)4–6集体攻击下由本振光泄漏引入的过噪声对密钥率和安全距离的影响 (67)4–7相位补偿评估 (72)4–8不同LDPC码的SNR门限与重复因子k的关系 (74)4–9不同LDPC码的效率与重复因子k的关系 (75)4–10过噪声评估 (75)4–11有限长效应下安全距离和密钥率的关系曲线 (76)5–1高速连续变量量子密钥分发实验框图 (80)5–2系统过噪声评估 (83)5–3密钥率和安全距离在有限长效应下的关系曲线 (84)6–1单向本地本振连续变量量子密钥分发实验光路 (87)6–2双激光器频谱调控及测试 (87)6–3相位漂移测试 (89)6–4过噪声测试 (91)6–5安全密钥率与安全距离随有限长数据量变化曲线 (92)6–6从单向高斯调制协议演变到往返式双相位调制协议 (94)6–7基于非可信信源模型的制备-测量模型 (98)6–8基于等效纠缠分发模型的双相位调制连续变量量子密钥分发协议99 6–9联合攻击下双相位调制协议的安全密钥率和信道损耗关系仿真.102 6–10本地本振往返式双相位调制连续变量量子密钥分发协议实验光路104 6–11往返式连续变量量子密钥分发系统中偏振漂移和偏振自补偿..105 6–12发送端实验测试得到的过噪声 (108)6–13基于不确定性原理和组合安全性原理的安全曲线 (109)7–1上海连续变量量子密钥分发网络实地示意图 (112)7–2实地验证连续变量量子密钥分发网络拓扑结构示意图 (112)7–3实地连续变量量子密钥分发协议实现示意图 (114)7–4实地实验连续变量量子密钥分发节点设备 (115)7–5本振光在光纤信道中的反射现象 (116)7–6偏振复用的本振光和量子信号信道传输后偏振的漂移和补偿情况119 7–7各个节点中的过噪声和安全密钥率测试结果 (121)表格索引1–1国外已报道的连续变量量子密钥分发实验 (9)1–2国际上已报道的连续变量量子密钥分发实地验证 (10)2–1已报道的针对GG02协议的漏洞攻击和防御 (36)3–1已报道的平衡零差探测器性能比较 (55)4–1MET-LDPC在AWGNC信道模型时的码率、效率及信噪比 (73)7–1实地验证连续变量量子密钥分发网络链路参数 (112)主要缩略符号对照表CV连续变量DV离散变量QKD量子密钥分发GMCS高斯调制相干态DMCS离散调制相干态GMES高斯调制纠缠态AW GNC加性高斯白噪声信道MET−LDP C多边低密度奇偶校验码LO本振光BHD平衡零差探测器P D光电探测器SQL标准量子极限SNL散粒噪声极限P NRD光子数可分辨探测AP D雪崩光电二极管SP D单光子探测器EP R量子纠缠态QAM正交振幅调制ASK幅移键控P SK相移键控W DM波分复用CW连续激光器BS分束器P BS偏振分束器AM幅度调制器P M相位调制器CW DM粗波分复用P IN光电二极管SSP D超导体单光子探测器AW G任意波形发生器DAQ数据采集系统ADC模拟数字转换器DAC数字模拟转换器F M法拉第镜SMF单模光纤V AT T可调衰减器DP C自动偏振控制器MUX波分复用器DEMUX解波分复用器RNG随机数生成器SASRS反斯托克斯拉曼散射RS瑞利散射第一章绪论保密通信一直以来都是通信领域的研究重点之一。
量子通信技术中的量子密钥分发原理解析
量子通信技术中的量子密钥分发原理解析量子通信技术是一种利用量子力学原理保证通信安全的前沿技术。
在传统通信方式中，通信的安全性主要依靠加密算法和密钥管理系统，然而这些方法存在着一定的风险和被攻击的可能性。
量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）技术在信息传递的过程中利用了量子物理的特性，提供了一种强大的安全保障手段。
量子密钥分发的原理基于量子力学中的测量限制原理和不可克隆定理。
首先，我们需要了解一些关键概念和基础原理。
1. 量子态和量子比特：量子态是描述量子系统状态的数学表达。
在量子通信中，我们使用量子比特（qubit）作为信息的基本单位，通常用 |0⟩和 |1⟩表示两个状态，它们的叠加态可以表示为α|0⟩+β|1⟩，其中α和β为复数。
2. 不可克隆定理：不可克隆定理是在量子力学中指出，不可能创建一个完全相同的量子态。
也就是说，无法复制量子比特而不改变它的状态，这为量子密钥分发提供了可行性。
基于以上概念，量子密钥分发可以分为两个主要步骤：密钥分发和密钥认证。
1. 密钥分发：密钥分发的目标是建立两个通信方之间的共享密钥。
首先，发送方（通常称为Alice）通过激光等光源产生一串量子比特构成的比特流，并随机选取比特的状态进行编码，例如，在垂直和水平方向上选择不同的极化状态。
然后，Alice将这些量子比特发送给接收方（通常称为Bob）。
在传输过程中，这些量子比特可能受到干扰和窃听。
因此，通信双方需要使用公开信道进行验证和错误修正。
Bob接收到量子比特后，通过随机的测量将量子比特恢复为经典信息，并储存在量子内存中。
Bob随机选取一部分量子比特进行测量，并记录下测量结果。
2. 密钥认证：在密钥认证过程中，Alice和Bob通过公布他们的测量结果来验证他们接收到的量子比特是否被窃听或干扰。
首先，Alice和Bob公开他们的测量基准，并比较一部分测量结果。
如果这些测量结果相同，他们就可以认定没有窃听者干扰。
基于硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发
基于硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发张云杰;王旭阳;张瑜;王宁;贾雁翔;史玉琪;卢振国;邹俊;李永民【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2024(73)6【摘要】在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学NorbertLütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.【总页数】12页(P128-139)【作者】张云杰;王旭阳;张瑜;王宁;贾雁翔;史玉琪;卢振国;邹俊;李永民【作者单位】山西大学光电研究所;山西大学物理电子工程学院;山西大学;浙江大学【正文语种】中文【中图分类】TP3【相关文献】1.基于量子催化的离散调制连续变量量子密钥分发2.连续变量量子密钥分发离散调制方案的安全性分析与比较3.基于不可信纠缠源的高斯调制连续变量量子密钥分发4.基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
连续变量量子密钥分配
连续变量量子密钥分配
赵义博
【期刊名称】《量子光学学报》
【年(卷),期】2006(12)B08
【摘要】分离变量量子密钥分配已被提出许多年，不过由于需要用单光子探测器
并且需要接近理想的单光子源而使其密钥分配速度和安全距离都有很大限制。
最近，作为一种变通的方案，采用零拍探测和相干态的连续变量被提出了，连续变量被认为是潜在能提供高速密钥量的方案，而且由于探测成本低，安全距离远而受到了广泛关注，本文重点要讲连续变量的具体原理和实际存在的难点。
【总页数】1页(P11-11)
【关键词】量子密钥分配;连续变量;单光子探测器;安全距离;分离变量;单光子源;近
理想;相干态;密钥量;成本低
【作者】赵义博
【作者单位】中国科学技术大学量子信息重点实验室,安徽合肥230026
【正文语种】中文
【中图分类】O241.84;TN918
【相关文献】
1.连续变量量子密钥分配的量化预处理 [J], 郑平允;黄春晖
2.基于量子远程通信的连续变量量子确定性密钥分配协议 [J], 宋汉冲;龚黎华;周南润
3.平衡零拍测量对连续变量量子密钥分配的影响 [J], 陈进建;韩正甫;赵义博;桂有珍;郭光灿
4.海盐粒子半径对大气连续变量量子密钥分配的影响 [J], 张淑静; 肖晨; 武斌; 张海龙
5.实际温度下的大气信道连续变量量子密钥分配 [J], 张淑静;肖晨;张海龙
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量子密钥分发技术的使用方法与步骤详解
量子密钥分发技术的使用方法与步骤详解随着互联网的快速发展和信息技术的日益成熟，保护网络通信的安全性变得尤为重要。
传统的加密技术在面对未来计算机的算力攻击时难以抵挡，因此人们开始寻求更加安全可靠的加密方法。
量子密钥分发技术成为了解决网络通信安全问题的新方向。
本文将详细介绍量子密钥分发技术的使用方法与步骤。
量子密钥分发技术（Quantum Key Distribution，QKD）利用了量子力学的原理，可以安全地分发加密的密钥。
量子密钥分发技术的核心思想是基于量子通信的不可干扰性，即通过量子比特（qubit）的传递来保证密钥的安全性。
首先，量子密钥分发技术需要使用到一些特殊的量子器件和设备，如量子密钥分发仪、量子随机数发生器和处理光子的设备等，确保密钥的安全分发和传输。
其次，量子密钥分发技术的使用步骤如下：1. 初始化：Bob和Alice共同决定密钥的长度和协议的类型，并进行系统的初始化。
2. 量子比特生成：Alice生成一串随机的量子比特，并将其用不同的量子态表示，比如通过使用0代表垂直偏振光子（|0⟩），1代表水平偏振光子（|1⟩）等。
3. 量子比特发送：Alice将量子比特通过量子通道发送给Bob，确保传输的安全性，同时Bob也会生成一串随机的量子比特。
4. 量子比特测量：Bob将收到的量子比特进行测量，并记录测量结果，比如通过使用水平和垂直偏振光子的偏振角度来进行测量。
5. 量子通道验证：Bob和Alice通过公开的通道来验证传输的安全性，并检查是否存在任何干扰或窃听的行为。
6. 密钥提取：Bob和Alice对测量结果进行比对，去掉传输过程中可能存在的错误或被干扰的量子比特，并提取出最终的密钥。
7. 密钥申报：Bob和Alice通过一次公开的通信通道来确认最终的密钥，并对其进行申报。
8. 密钥验证：Bob和Alice验证最终的密钥，确保没有被篡改或窃听。
通过以上的步骤，Bob和Alice可以安全地分发密钥，并在之后的通信过程中使用该密钥来进行加密和解密的操作。
多媒体数据网络传输关键技术之三：量子密钥分发
超高性能PCI-E固态硬盘再现 固态硬盘再现 超高性能 新势力
Abee 发布 新款 HTPC 机箱 CS515
• Abee 近日发布了一款 HTPC 机箱“acubic CS515”，可 以水平、斜向双方向放置以及多款不同的涂装颜色，十分 贴合玩家的家居环境。 机箱参数： 170高x340宽x250深（mm），重约3.8kg 对应主板：Mini-ITX 对应电源：SFX规格标准电源 材质：3mm（前面板）,2mm（四周罩子）厚铝合金 硬盘位：3.5吋 HDDx2, 2.5吋 HDDx1 售价折合RMB 4000元
多媒体数据网络传输关键技术之 三：量子密钥分发量子密钥分发 三：量子密钥分发量子密钥分发
Quantum Key Distribution 软件学院 朱宏峰 2011.5.24
几则新闻 Sandy Bridge新品七连发 新品七连发
• Intel今天更新官方价格表，正式加入了七款新型号处理器，全部基于Sandy Bridge架 构，而且其中四款都冠以奔腾的名号。 Core i5-2310：在Core i5-2300的基础上原始主频提升100MHz而达到 达到2.9GHz， 达到 Turbo Boost动态加速频率也因此升至3.2GHz，其它完全不变，售价也维持在177美元， 显然将直接取代后者。 Core i3-2105：相比于Core i3-2100处理器部分不变，集成图形核心从六个执行 集成图形核心从六个执行 单元的HD Graphics 2000升级 解锁 为十二个单元的 升级(解锁 为十二个单元的HD Graphics 3000，频率还是 单元的 升级 解锁?)为十二个单元的 850-1100MHz，3D性能自然更好。价格标为134美元，贵了17美元。 Core i5-2405S：同上类似也是图形核心升级为HD Graphics 3000，价格也上涨 了10美元而达到205美元。 不同于Core i5/i3系列新品只是现有型号的增强型变种，四款奔腾都是全新型号，比上 一代的Pentium G6900系列有了底层架构上的本质不同，比如支持 支持SSE4指令集、 指令集、 支持 指令集 DDR3-1333内存 仅限 内存(仅限 系列)，不过因为面向入门级市场，很多新特性都被屏蔽了， 内存 仅限G800系列 系列 包括HT超线程、Turbo Boost 2.0动态加速、AVX/AES指令集、3D加速、Quick Sync 视频转码、InTru 3D立体、Clear Video HD高清解码等等。 Pentium G850：双核心，双线程，主频2.9GHz，三级缓存3MB，集成图形核 心HD Graphics2000, 频率850-1100MHz，热设计功耗65W，标价86美元。 Pentium G840：主频降至2.8GHz，其它不变，标价75美元。 Pentium G620：主频降至2.6GHz，内存支持也降至DDR3-1066，其它同上， 标价64美元。 Pentium G620T：主频继续降至2.2GHz，热设计功耗也仅为 热设计功耗也仅为35W，属于节能 热设计功耗也仅为 型的低功耗版本，标价70美元。
光通信网络中量子密钥分发原理解析
光通信网络中量子密钥分发原理解析量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）是光通信网络中保护信息安全的关键技术之一。
它利用量子力学的原理，通过量子比特进行信息传输，实现加密通信的安全性。
本文将从量子密钥分发的基本原理、安全性分析以及应用前景等方面进行解析。
量子密钥分发的基本原理是基于不可克隆性原理和量子态测量原理的。
不可克隆性原理表明，不能复制一个未知的量子态，而量子态测量原理则表明，量子态在被测量前是不可知的。
基于这两个原理，量子密钥分发将待传输的信息转化为量子态，并通过传输介质（例如光纤）将这些量子态传递给接收方。
在传递过程中，由于量子态的不可知性，任何窃听者都无法获取到完整的量子信息，确保了信息的机密性。
量子密钥分发的安全性主要体现在两个方面：信息的泄露和信息的篡改。
首先，对于信息的泄露，由于量子态的测量会导致受干扰，当窃听者试图窃取信息时，量子态就会被测量，导致信息的泄露并被接收方察觉到。
其次，对于信息的篡改，量子态的测量会改变量子态本身，因此任何窃听者在窃取信息后再重新发送给接收方时，会导致接收方的测量结果与发送方原始的量子态不一样，从而使篡改行为显露。
综合上述两点，量子密钥分发具有高度的安全性。
在光通信网络中，量子密钥分发技术有很多应用前景。
首先，量子密钥分发可以用于保证光纤通信的安全性。
传统的光纤通信中，信息可以通过窃听者截取来获取，而量子密钥分发可以有效地解决这个问题，确保信息的机密性。
其次，量子密钥分发可以用于构建安全性能更高的量子网络。
在量子通信网络中，量子比特具有忠实度较高的性质，可以通过量子比特的测量实现网络的连接，从而提供更可靠的通信服务。
此外，量子密钥分发还可以用于保护云计算和物联网等领域的信息安全。
尽管量子密钥分发技术在光通信网络中有广阔的应用前景，但也存在一些挑战和限制。
首先，量子密钥分发技术的实现需要高度精密的设备和技术，包括光源、光纤传输、探测器等，这将增加系统的成本和难度。
量子密钥分发的基本原理(一)
量子密钥分发的基本原理(一)量子密钥分发的基本原理什么是量子密钥分发？量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）是一种基于量子力学原理的加密通信方式。
它利用量子随机性和不可逆干扰来确保密钥的安全传输，是当前密码学研究中的前沿技术之一。
量子密钥分发的基本原理量子密钥分发基于量子态的特性和观测原理，通过将传输的密钥编码到量子态上，从而保证密钥分发的安全性。
其基本原理包括以下几个步骤：1.量子比特的编码（Quantum Bit Encoding）：发送方选择一个合适的量子态（如单光子态）来表示二进制的0和1，然后将密钥信息编码到这些量子比特上。
2.量子比特的传输（Quantum Bit Transmission）：发送方将编码好的量子比特传输给接收方，传输过程中要确保传输通道的安全性，以免被攻击者截获或劫持。
3.量子比特的测量（Quantum Bit Measurement）：接收方利用测量设备对接收到的量子比特进行测量。
由于量子力学的测量原理，测量结果仅有一定的概率与发送方的编码结果相同。
4.密钥提取（Key Extraction）：接收方根据测量的结果与发送方协商，舍弃不一致的比特，并利用剩余的一致比特生成密钥。
5.安全认证（Security Authentication）：发送方和接收方交换一部分密钥信息，通过比对以确认密钥的一致性和完整性，并排除窃听和篡改的风险。
量子密钥分发的优势量子密钥分发相较于传统加密技术具有以下优势：•信息-theoretically secure：量子力学的原理保证了密钥的传输过程是信息理论上的安全，即使未来量子计算机问世，量子密钥分发也能够防御量子计算攻击。
•安全性可检验：密钥的安全性可以通过技术手段进行检验，确保传输过程中没有被窃听、篡改或植入后门等威胁。
•前向安全：一旦密钥被攻破，过去的通信内容也不会受到影响，因为每一次通信都使用独一无二的密钥。
量子密钥分发在光纤通信中的实验研究
量子密钥分发在光纤通信中的实验研究一、量子密钥分发技术概述量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）是一种基于量子力学原理的安全通信技术，它利用量子的不确定性和不可克隆性来实现密钥的安全分发。
与传统的密钥分发方法相比，QKD具有理论上的无条件安全性，即使在面对量子计算机的攻击下，也能保持密钥的安全性。
1.1 量子密钥分发的基本原理量子密钥分发的基本原理是利用量子比特（qubits）来传输密钥。
量子比特可以是光子的偏振状态、电子的自旋状态等，它们具有叠加态和纠缠态的特性。
在QKD过程中，发送方（Alice）和接收方（Bob）通过量子信道交换量子比特，通过测量结果的随机性来生成密钥。
1.2 量子密钥分发的实现方式量子密钥分发的实现方式主要有几种，包括BB84协议、E91协议、SARG04协议等。
其中，BB84协议是最著名的一种实现方式，它通过随机选择基和量子比特的编码来实现密钥的生成和传输。
二、量子密钥分发在光纤通信中的应用光纤通信是现代通信网络的重要组成部分，具有传输距离远、带宽大、抗干扰性强等优点。
将量子密钥分发技术应用于光纤通信，可以进一步提升通信网络的安全性。
2.1 光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由发送端、接收端和光纤传输介质组成。
发送端负责将信息编码成光信号，通过光纤传输到接收端，接收端再将光信号解码还原成原始信息。
2.2 量子密钥分发与光纤通信的结合在光纤通信系统中，量子密钥分发可以与经典通信信号共用光纤传输介质，实现密钥的生成和传输。
这种结合方式不仅可以提高光纤通信的安全性，还可以充分利用现有的光纤通信基础设施。
2.3 量子密钥分发在光纤通信中的实验研究量子密钥分发在光纤通信中的实验研究主要包括以下几个方面：- 量子信道的建立：研究如何利用光纤作为量子信道，传输量子比特。
- 量子信号的调制与解调：研究如何对量子比特进行有效的调制和解调，以适应光纤通信系统的要求。
研究光纤通信中的量子密钥分发技术
研究光纤通信中的量子密钥分发技术量子密钥分发技术 (Quantum Key Distribution, QKD) 是目前已知的仅基于物理原理保证信息安全的通信技术之一。
它利用量子力学的不可逆转性和复杂性，实现加密和密钥分发，即使在竞争对手获得所有通信数据的前提下，也能保持通信安全。
其中，光纤通信是最实用的方式，因为对于长距离通信来说，光纤的损耗和噪声较小，稳定性和传输速率也较好。
本文将深入探讨光纤通信中的量子密钥分发技术，探究它的工作原理、优劣势及应用前景。
一、光纤量子密钥分发的基本原理光纤量子密钥分发技术是利用光子通过光纤传输，实现密钥分发的过程。
在光子传输中，存在两种通信方式：一种是基于单光子的 BB84 协议，另一种是基于相干态的相干态协议。
这两种协议均采用了“单光子检测”和“量子态的不可克隆性”的特性，来保证秘密信息的保密性。
BB84 协议的基本原理是，通信双方（发送方 Alice 和接收方 Bob）共享一个随机产生的一组编码密钥，通过量子随机数发生器，将随机编码密钥转换为随机量子比特（Qubit），并将 Qubit 通过光纤传输给 Bob。
接收方 Bob 通过单光子检测器检测到这些 Qubit，并在接受后与 Alice 进行确认。
随后 Alice 和 Bob 在公开信道上进行握手过程并交换随机位，以验证有无被监听。
最后，Alice 和 Bob 将剩余的Qubit 通过古典通道传输给对方，并根据公开位生成密钥。
这种方式利用了量子随机数发生器随机产生的比特数与经典比特数之间的不可逆转性和不可克隆性，从而保证通信安全。
相干态协议的基本原理是，通信的双方通过相干光源产生相干态，并将其通过光纤传输。
Alice 选择相干光源的相干度，通过光纤传输给 Bob，并同时随机翻转一些Qubit，这个过程叫做“公开位”。
Bob 在接收到光信号后，也选择处理相干度，并使用同样的公开位进行翻转。
这样，他们产生的相干态能够共同保证信息的安全性。
第四章 量子密钥分发图文课件
4.2.2 B92协议
1、协议原理
Hilbert空间中任意两个非正交量子比特 和 构造两 个非对易投影算符；
P1 1 ， P0 1
（4.1）
P0 和P1将量子比特分别投影到与 和 正交的子空间上，
得到：
P0
（4.2）
P0 0 P1 0
P0 P0
PC4
PBS3
D1(R)
D5
EPC1
D2(Q)
Bob
PC5
EPC2 CLK
PBS4
D3(V) D6
D4(H)
CLK receiver
2、频分复用偏振控制
Control computer
DS
DWDM
DWDM
P1
D1
PC-A
ATT Single photons
1
1
0
1
密钥
1101
海森堡测不准原理和量子不可克隆定理保证了BB84 协议的无条件安全性。即使窃听者Eve从量子信道中截获 光子并进行测量，因为非正交态不可区分，Eve不能分辨 每个光子的原始状态，因此窃听会干扰到量子态，进而被 Alice和Bob发现。
量子密钥分发协议的安全检测基于概率统计理论。
参量相结合。
S3
P
V
R
2ε
2θ
S1
H
S2
Q
x2
y
x1
（1）若 0，则p点在赤道上，表示方位角不同的线
偏振光。
0 时，是水平线偏振光。
2
时，是垂直线偏振光。
（2）若点在上半球面，对应于右旋椭圆偏振光。 若点在下半球面，对应于左旋椭圆偏振光。
（3）若点在北极，对应于右旋圆偏振光。 若点在南极，对应于左旋圆偏振光半球面，对应于
量子密钥分配
量子密钥分配量子密钥分配（QuantumKeyDistribution，简称QKD）是一种建立在量子力学原理之上的安全信道，实现双方间的安全通信。
QKD的实现主要依靠量子信息传输中的量子纠缠态来实现，其中量子纠缠态是一种“两个量子之间的连接”，它使得一方量子状态改变，它们另一方量子状态也会随之改变。
量子密钥分发是计算机网络安全的一种新方法，它可以帮助用户安全地在传输无缝中传输数据。
量子密钥分配的基本原理是量子纠缠态的利用：通过将两个或多个量子形成一个纠缠态，即驱动空间内量子交换耦合，可以同时在多个量子系统之间传输。
这构成了量子密钥分发的基础。
一方在量子密钥分配中张发一个称为量子秘钥的信息，另一方利用量子纠缠态将信息转发给第三方。
这是量子键分布（QKD）中最重要的步骤之一，它不仅有效地防止了信息的窃听，而且可以在两个参与者之间建立可信的安全网络。
QKD的优势在于它可以在没有任何信任的情况下安全地传输信息。
量子密钥分发可以确保，即使有人窃取了传输的信息，也不能改变原有的信息内容，也就是说，发送方和接收方仍然可以保持信息的完整性。
在此基础上，量子密钥分发具有以下优点：（1）抵抗劫持：量子密钥分发可以确保发送方和接收方之间传递的信息不受窃取，是符合安全传输需求的完美解决方案。
（2）高安全性：量子质量分布不仅具有高级加密，而且通过量子纠缠态，可以实现最高级别的安全保护，使得无法探测和破解。
（3）快速交互：量子密钥分发的传输速度比传统加密方式快得多，可以满足特别高要求的快速交互所需。
（4）公正性：量子密钥分发可以极大地提高用户之间的公正性，确保信息传输的可信赖性和完整性。
虽然量子密钥分发是一种新型的安全通信技术，但它仍有一些可以改进的地方。
由于量子质量的稳定性仍然较差，它的传输距离较短，而且需要专业的技术支持。
由于这些原因，量子密钥分发还需要技术的改进和完善，以便在实际的应用中发挥最大的作用。
通过研究和改进技术，量子密钥分发可以给人们带来安全可靠、高速交互的信息传输。
量子密钥分发通信技术
量子密钥分发通信技术，简称量子密钥分发，是利用量子力学特性实现通信的一种技术。
它的实现原理是利用量子态的不可复制性，将密钥以量子态的方式传输给通信双方，从而达到安全加密的效果。
量子密钥分发的实现需要依赖较为先进的量子通信和量子计算技术，是一项高精度高难度的技术。
1. 量子密钥分发的原理传统加密技术使用的是数学算法，比如RSA算法、DH算法等。
这些加密算法都能被理论上的攻击方法所破解。
例如，RSA算法通过分解大质数来攻击，DH算法则利用离散对数问题。
因此，传统的加密技术不能保障信息的安全。
量子密钥分发的原理在于利用了量子力学特性中的量子态冥等性。
当在发送方和接收方之间传输量子态的时候，由于量子态的不可复制性，任何对量子态的复制都会让量子态发生改变。
因此，任何第三方窃取量子态无法获得明文密钥，同时，由于发送方和接收方已经验证了量子态，在一定范围内，只有他们两个才能知道量子态的值和状态。
这样就达到了传输密钥的目的，在信息传递过程中，利用量子态的特性，保障了信息的安全。
2. 实现方式量子密钥分发的实现方式和传输方式是不同于传统通信方式的，它依赖于先进的量子通信和量子计算技术。
（1）量子密钥分发用到的通信方式：在量子密钥分发中，由于操作量子态是很脆弱和高度技术难度的，所以需要使用高精度频率稳定的通信，目前已经有光子和离子等物体通信。
在光子通信方式中，光量子是硅片通信的关键，需要各种高精度各向异性和相干性技术进行控制。
在离子通信方式中，离子对的量子态受控制强烈且无损失，且容易与现有纤维网络结合。
（2）量子密钥分发用到的量子计算方式：在量子密钥分发中，量子计算是一种非常特殊的计算方式。
量子计算中的量子比特(qubit)具有特殊的态和特殊的量子相互作用，这种特殊性质也被称为“量子纠缠态”。
利用量子计算机优势，可以通过量子密钥的生成，将原本的信息模拟和相应的加密算法更加安全。
3. 应用场景（1）安全通信量子通信已成为保障信息安全的一项重要技术手段，它可以有效地解决传统加密技术在加密过程中泄露信息的问题。
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全光纤四态分离调制连续变量量子密钥分发
【摘要】：现代社会已经步入信息化时代,信息安全的重要性日渐凸显。
能够保障信息安全的密码学越来越受到人们的重视,其应用已渗透到人们日常生活的各个领域。
基于量子力学基本原理的量子密钥分发可以使合法通信双方获得一组的无条件安全的随机密钥,该密钥可用于信息的加密与解密,进而实现双方的保密通信,任何第三方的窃听都可以被通信双方察觉到。
量子密钥分发的无条件安全性,使得相关的理论和实验进入了一个飞速发展的时期,在未来的国防、金融、网络和通信等领域具有广阔的应用前景。
连续变量量子密钥分发利用光场的正交分量作为信息的载体,所需光源易于制备,探测效率高,同时和当前的光通信网络具有良好的兼容性,近年来受到极大关注,在理论和实验方面均得到了迅猛的发展。
按照调制方式可将相干态连续变量量子密钥分发分为高斯调制和非高斯调制方案,四态分离调制方案属于非高斯调制方案,具有调制方法简单、数据协调效率高等优点,理论上可以实现距离长达百公里以上的安全密钥分发。
本论文从理论和实验两方面对基于该方案搭建的全光纤连续变量量子密钥分发系统展开了研究。
论文首先回顾了连续变量量子密钥分发的国内外发展动态,接下来对该领域内的基础理论知识进行了介绍,并对基于平衡零拍探测的四态分离调制连续变量量子密钥分发的无条件安全性进行了分析。
然后对适用于该领域的全光纤脉冲平衡零拍探测装置的各种特性及相应测量结果进行了分析,最后介绍了基于全光纤器件的实验系统,
目前已在该系统上实现了距离为30km,安全密钥速率为1kbits/s的量子密钥分发。
本论文的主要工作内容包含以下三个方面。
1.理论分析了基于平衡零拍探测的四态分离调制相干态连续变量量子密钥分发方案的两种模型,它们是制备与测量模型和EPR纠缠模型。
在制备与测量模型中介绍了所选方案的编码规则,经过编码后双方可获得一组相关联的二进制数。
在该模型下,形象地给出了信号光场以及额外噪声在相空间中的演化过程。
在EPR纠缠模型下对所选方案的无条件安全性进行了分析。
首先介绍了系统中的各种噪声,将Alice端的源额外噪声等效为Fred所拥有的量子态,接着给出了Alice和Bob之间互信息量的计算方法,Bob采用了平衡零拍的探测方法。
然后详细地分析了Eve可获得的信息量的上限Holevo边界的计算过程。
最后给出了安全密钥速率及额外噪声的计算方法。
额外噪声是决定密钥分发的距离及安全密钥速率大小的关键因素。
两种模型是等价的。
在安全性的证明过程中,假设Eve拥有各种可能存在的先进装备,但是她的攻击手段并不能违背量子力学原理而且无法获得Bob端的装置的信息。
在Eve可以获得Fred的量子态时,Alice端的源额外噪声与通道额外噪声是等效的。
2.设计并制作了适用于量子通信领域的全光纤时域脉冲平衡零拍探测装置,该探测装置的脉冲重复速率可达2MHz,增益为3.2μV/光子,共模抑制比为76dB,信噪比可达20dB以上,总的量子效率为66%。
论文详细分析了该探测装置的工作原理和特性,包括共模抑制比、散粒噪声极限和探测装置的稳定性。
要获得高的共模抑制比,不仅要选取两个响应特性尽量相同的光电二极管,而且要求两光电二
极管产生的脉冲光电流强度相同,在时间上精确同步,上升和下降沿平缓。
在散粒噪声极限特性的测试中；通过测量输出电脉冲峰值的相关系数验证了探测装置具有良好的脉冲分辨率；对不同本地光功率下的真空散粒噪声起伏进行了测量,并绘制出了线性响应曲线,验证了探测装置具有良好的线性响应特性；将探测装置输出的脉冲峰值采集并进行快速傅里叶变换后,获得了平坦的噪声功率谱。
经分析利用探测装置的线性响应曲线可方便地计算出装置整体的量子效率。
为了获得良好的稳定性,在光路方面采用了基于耦合器尾纤的可变衰减器和稳定的连接器等因素,在电路方面通过合理布线等各种方法使探测装置具有较高的信噪比,且光电二极管两端具有稳定的偏置电压,从而确保了两光电二极管产生的光电流的强度和时间具有良好的稳定性。
经分析具有较高信噪比的探测装置可使用较低功率的本地光,从而减弱温度,振动等外界因素的干扰。
采用阿伦方差的方法对探测装置的稳定性进行了测量,其单次测量无校验窗口为100秒。
3.设计并实验实现了全光纤四态分离调制连续变量量子密钥分发,通信距离为30km,重复速率为500kHz,安全密钥速率为1kbits/s。
首先对该实验系统的运行原理进行了详细的介绍,Alice按照协议对相干态进行调制,被调制的相干态经量子信道传送给Bob,后者使用脉冲平衡零拍探测装置对接收到的量子态光场进行共轭正交分量的随机测量。
载有密钥信息的相干态脉冲以数据帧的形式进行发送,数据帧由数据块构成。
数据块是对相对相位进行运算并对其进行锁定的基本单元,实验中采用相位补偿的方法对系统运行过程中的相对相位进行锁定。
为了获得良好的锁定精度,
要求数据块的时间要远小于相位自由运转的周期,且数据块中用于相位锁定的测试脉冲数要足够多。
为了确保数据帧的传输有稳定的环境,论文重点分析了可变衰减器和三环偏振控制器的稳定性。
接下来对实验系统的参数及结果进行了分析,并给出了重要参数额外噪声的测量与计算方法。
通过对比三种不同光路下的相位锁位锁定情况,发现了影响相位锁定精度的主要原因是用于时分复用的保偏光纤,并给出了由于相位锁定误差而引入的额外噪声的估算方法。
提出了本地光场对信号光场干扰的测量方法,并对其干扰进行了测试。
经分析由于瑞利散射等原因,本地光场会对信号光场有一个几十kHz以下的干扰,通过降低本地光的功率可有效地减小对信号光场的干扰。
【关键词】：连续变量量子密钥分发四态分离调制相干态平衡零拍探测额外噪声
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O413.1;TN918.1
【目录】：中文摘要10-13ABSTRACT13-17第一章绪论17-271.1引言17-181.2国内外发展现状18-251.2.1离散变量量子密钥分发18-191.2.2连续变量量子密钥分发19-251.3论文主要内容25-261.4主要创新点26-27第二章量子信息的基础知识27-452.1光场的量子化27-292.1.1单模光场的经典描述272.1.2单模光场的量子化27-282.1.3光子数态28-292.1.4光场的正交分量算符292.2量子测不准原理292.3量子不可克隆定理29-302.4相干态30-332.4.1相干态的定义
302.4.2Fock空间中的相干态302.4.3相干态在相空间中的表示30-322.4.4相干态的过完备性32-332.5平衡零拍探测的原理33-352.6信息熵35-362.7冯诺依曼熵36-382.8RSA与一次一密38-422.8.1非对称密码体制RSA38-422.8.2对称密码体制一次一密422.9本章小结42-45第三章分离调制相干态连续变量量子密钥分发方案及安全性分析45-573.1四态分离调制方案45-493.1.1制备与测量模型45-473.1.2EPR纠缠模型47-493.2无条件安全性分析49-563.3本章小结56-57第四章全光纤时域脉冲平衡零拍探测装置57-734.1时域脉冲平衡零拍探测器的分类57-614.1.1基于前置电荷放大器的探测器57-594.1.2基于前置电压放大器或前置跨阻放大器的探测器59-614.2探测装置的原理图61-624.3探测装置的共模抑制比特性62-664.4探测装置的散粒噪声极限性能66-694.5探测装置的稳定性69-714.6本章小结71-73第五章量子密钥分发实验系统73-855.1实验装置及其运行原理73-785.1.1Alice端装置73-745.1.2Bob端装置745.1.3系统的运行74-785.2实验参数及结果78-805.3噪声分析80-825.3.1相位噪声80-815.3.2瑞利散射噪声81-825.4本章小结82-85总结与展望85-87附录各种情况下探测装置的输出波形87-91参考文献91-97攻读学位期间取得的研究成果97-99致谢99-101个人简况及联系方式101-105 本论文购买请联系页眉网站。
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。
——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。
——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。
——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。
——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。
——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。
——笛卡儿
17、学习永远不晚。
——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。
——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。
——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。
——培根。