研究連續變量量子保密通信技術

       量子保密的巨大的應用前景和商業價值,吸引了各國政府投入了大量資源與人力進行研究。 它是一門新興學科,它的出現改變了加密僅依賴數學與邏輯變換的傳統模式,開辟了物理密碼學的新思路。
      在量子保密通信發展過程中,連續變量量子保密技術出現較晚。但是由于該技術使用經典光源作為信號源,具有實現成本低,信道容量大,密鑰生成率高等優點,因此一面世就受到諸多關注。

       本文研究目標是解決連續變量量子保密通信中的關鍵技術,提出一些具有創新性和實用性的調制和接收技術,并在解決關鍵技術問題的基礎上,完成實用化連續變量量子保密通信系統樣機的研制。
    主要工作內容有以下幾個方面：
    1.設計并實現了脈沖平衡零差檢測單元,并對檢測器進行校準和測試。經測試,所實現的檢測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,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、低噪性等指標已超過國外同類報道。
     2.建議采用偏振分集接收解決偏振抖動對于光場正則分量檢測的影響,引入算符代數方法對所建議的方案進行了理論分析。
      3.搭建往返式連續變量量子密鑰分發系統,改進了傳統光路結構,實現雙相位二維高斯調制。該方法具有成本低,調制精度高,且偏振不敏感的特點。其強度調制動態消光比約為9.5dB,由調制引起的噪聲比量子噪聲低20dB。達到實驗精度要求。通過實驗,證明了連續變量量子密鑰分發與經典光通信波分復用的可行性,zui終在系統時鐘100KHz,8公里的通信距離上,實現-0.8kbps的密鑰分發速率。
    4.搭建雙不等臂MZ干涉光路,實現單向連續變量量子密鑰分發系統。系統zui大安全通信距離約為27.2Km,zui大密鑰分發速率近10Kbps,這是迄今報道zui遠的連續變量量子密鑰分發系統。結合實驗,研究了影響連續變量量子密鑰系統性能的幾個因素,包括損耗、噪聲與環境等。

     討論了實際系統中*調制方差與調制精度的選擇,并通過對信道的實時監控,證明了系統的實際安全。
    5.研究了連續變量量子數據加密實際安全性。建立了高斯有損有噪信道中,光束分離攻擊下,協議的安全分析模型。根據信息論相關知識,分析了實際信道參數對其安全性的影響,推導了滿足實際安全的邊界條件并繪出數值曲線。

      結合實際系統中調制電路精度受限的特點,提出采用弱相干態代替經典場來實現安全的量子數據流加密系統,且進行了實驗驗證。
   6.在以上研究的成果基礎上,設計并實現了一個接近實用化的連續變量量子保密通信實驗。該系統集成量子密鑰分發,量子數據加密和量子身份認證三大功能,可以支持圖像、文本和實時語音加密傳輸。