量子密钥分配协议的理论研究

发布时间：2020-04-15 03:02

【摘要】：当今社会,小到个人大到国家对于通信安全性的要求越来越高。目前为止,常用的经典通信加密方式,其安全性依赖于算法复杂度,它在理论上并不能保证绝对的安全性。随着量子信息技术的快速发展,许多之前看似很安全的加密算法在强大的量子算法和性能更佳的量子计算机面前都显得非常脆弱,随时可能被攻陷。Bennett等人在上世纪八九十年代相继提出量子通信的基本思想,随着量子信息技术的发展,基于量子密钥分发的量子保密通信受到越来越多的学者的关注以及国家的重视。量子保密通信的优势在于量子力学的基本定律保证了量子密钥分发的理论上的绝对安全性,这种本质上的优势是经典通信不具备的。经过三十年的研究发展,量子密钥分发领域已经取得了很多理论与实验上的成果。本文首先回顾了量子密钥分发协议的研究背景、量子密钥分发的发展现状、量子密钥分发的基础理论知识等并着重介绍作者对量子密钥分配过程研究中的几个方面。1、研究了三强度诱骗态与参考系无关的量子密钥分发协议的数值模拟仿真,同时考虑光源起伏效应和统计起伏效应。研究结果表明,标记单光子源相比弱相干光源可以实现更远的通信距离,但是弱相干光源相比标记单光子源在短距离通信下可以共享更高的成码率;2、研究了弱相干光源、标记单光子源、添加单光子相干态下参考系无关的量子密钥分发协议的数值仿真。数值仿真结果表明,添加单光子相干态相比其他两种光源可以实现更远的通信距离和更高的成码率;3、研究了新型被动式诱骗态SARG04协议的理论数值仿真并且对比传统主动式诱骗态BB84协议和SARG04协议。数值模拟结果表明,虽然在短距离通信上,BB84协议有更高的成码率,但是新型被动式诱骗态SARG04协议可以实现更远的通信距离。
【图文】：

BB84协议,脉冲,码率,传输距离

2.4.2 可以看出，WCS 光源下的 BB84 协议在短通信距离时比 HSPS 光源，不过 HSPS 光源下的 BB84 协议则可以实现更远的通信距离。原因在于态成分相比 WCS 要低，，更能够抵抗信道不理想造成的损耗，所以 HSPS 能够传输更远的距离。理论上，如果不考虑光源起伏对成码率和传输距离的诱骗态 BB84 协议在传输距离和成码率上应该是无限逼近无穷诱骗态。 2.4.2 和图 2.4.3 可以得知，光源起伏对系统的成码率和传输距离都一定的源起伏效应会导致更大的误码率，从而降低成码率和传输距离。为了不断系统的良好性能，改善激光源器件的性能是很有必要的。小结图 2.4.3 三强度诱骗态下无穷脉冲下的 BB84 协议

参考系

BB84 协议使用的就是偏振编码方案。偏振型编码的量子密钥分发协议的单、利于操作，偏振型编码 QKD 系统的信道可以是光纤，也可以是空间间进行的量子密钥分发[60]。由于卫星相对地面的位置时刻都在发生变化，而且没有规律可循，我Alice 和 Bob 端的参考系是否保持一致，如果发生偏差，就需要不断调整方向的角度，使得通信可以正确的进行。这个操作就是 Alice 和 Bob 校准耗费大量时间，增加了整个系统的通信复杂性，使得本就效率不高的地对信成码率更低。同样的，光子在光纤中的偏振变化会更进一步加剧，它受到周围温度变化，环境震动等多种因素影响。虽然可以用保偏光纤替代普通个问题，但是这种方案并不能从根本上解决这个问题，同时这种方案的成规模商用推广。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN918;O413

【参考文献】