实用化量子密钥分发系统的性能研究

发布时间：2020-05-09 02:32

【摘要】：量子密钥分发是一种基于物理学基本定理的密钥分配方法,它是量子理论和信息论相结合的应用,具有物理定律上的绝对安全。然而,在实际应用中,当前的实验器件仍存在缺陷,如非理想的单光子源、较低探测效率的探测器,实验系统参数波动等。这些不完美因素会对最终的密钥生成率和最大安全通信距离产生影响,甚至引入系统上的安全漏洞。针对不完美源的光子数分束攻击问题,诱骗态方案被提出,并在后来得到了发展和完善。为了杜绝针对测量端的攻击,又提出了测量设备无关的量子密钥分发(MDI-QKD)。MDI-QKD解决了系统中大部分的漏洞,成为可实际部署的安全性很高的量子密钥分发系统。本论文在此基础上,进一步讨论实用光源下的诱骗态测量设备无关量子密钥分发系统的性能,分析统计波动对系统性能的影响,分析参数优化对系统性能提升的作用。在本论文中,我们首先介绍了量子通信的研究背景和最新进展。然后介绍了量子密钥分发的基本理论和常见协议。接着详细介绍了测量设备无关量子密钥分发的理论和协议,给出了不同数量诱骗态方法下的密钥率公式。考虑到现实存在的有限码长效应,我们介绍了标准误差分析法,来分析统计波动对系统密钥率和参数优化的影响。然后我们模拟了不同数量诱骗态方案下测量设备无关量子密钥分发系统的性能,并进行分析和对比。我们采用标准误差分析法去分析统计波动对系统密钥率的影响。在所有仿真情形下,均通过优化信号态和诱骗态的强度使得系统的密钥率最大化。模拟结果显示,在无限数据集下,双诱骗态方法已经是近乎最佳的估计结果,比一个诱骗态方法优越。在考虑统计波动的情况下,有限码长效应将会轻微的影响安全密钥率和最大通信距离。我们的数值仿真结果将会为MDI-QKD的实际应用提供有价值的理论参考。
【图文】：

图２－１偏振编码ＭＤＩ－ＱＫＤ协议的基本实验设置逡逑２－１Ｈｏｉ－ＫｗｏｎＬｏＭＤＩ－ＫＤ

图２－２使用弱相干光源的ＱＫＤ系统示意图逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN918;O413

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本文编号：2655456