高效长距离测量装置无关量子密钥分发协议的研究

发布时间：2017-08-03 14:17

  本文关键词：高效长距离测量装置无关量子密钥分发协议的研究

  更多相关文章： 测量装置无关量子密钥分发 轨道角动量 脉冲位置调制 量子存储器

【摘要】：测量装置无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议能够解决量子密钥分发协议中因为测量设备引起的安全漏洞,并将通信距离延长为原来的两倍。但是,更高密钥产生率和更长距离的新型协议是MDI-QKD协议研究的重要方向。论文将脉冲位置调制(PPM)技术与MDI-QKD协议相结合,获得了一种高效率的MDI-QKD协议;同时,论文利用量子存储器来实现量子中继器功能,并将量子存储器应用于MDI-QKD协议中,获得了长距离的MDI-QKD协议。论文具体工作如下:(1)论文提出了一种极化编码下的基于PPM调制的高效MDI-QKD协议,将PPM调制和MDI-QKD协议结合,Alice、Bob端由激光器产生的弱光脉冲,经过极化编码后,通过PPM调制和诱骗态处理发送给第三方Charlie,基于Charlie的BSM的公开测量结果,Alice和Bob间提取安全密钥。论文给出密钥产生率的公式推导和数值仿真。结果表明:极化编码下的基于PPM调制的MDI-QKD协议的密钥产生率与原始的协议相比,密钥产生率得到了较大提高。(2)在此基础上,论文结合轨道角动量态(OAM)编码特性,给出一种OAM编码下的基于PPM调制的高效MDI-QKD协议,将PPM调制和OAM-MDI-QKD协议相结合,对该协议进行系统描述,给出了密钥产生率的公式推导和数值仿真。结果表明:OAM编码下的基于PPM调制的MDI-QKD协议的密钥产生率与原始的协议相比,密钥产生率得到了较大提高。同时,由于OAM编码解决了极化编码方案中基的依赖性问题,所以将这两种不同编码方案下的协议相比较,可知OAM编码下的协议性能更好。(3)论文给出了一种基于量子存储的长距离OAM-MDI-QKD协议,利用量子存储器实现量子中继器功能,有效地延长量子密钥分发(QKD)协议的通信距离,在此基础上给出协议详细描述和理论推导,最后进行数值仿真。结果表明:基于量子存储的长距离OAM-MDI-QKD协议的密钥产生率比原始的OAM-MDI-QKD协议显著提高;并且将OAM-MDI-QKD协议的密钥安全传输距离延长到500km以上,比原始的至少延长了175km。
【关键词】：测量装置无关量子密钥分发 轨道角动量 脉冲位置调制 量子存储器
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4;O413
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.3 论文主要内容11-13
• 第二章 量子密钥分发基础理论13-25
• 2.1 测量装置无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议13-21
• 2.1.1 MDI-QKD协议基本原理13-15
• 2.1.2 MDI-QKD协议的主要实现方案15-21
• 2.2 诱骗态基本概念21
• 2.3 轨道角动量21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 高效测量装置无关量子密钥分发协议25-47
• 3.1 PPM调制技术25-27
• 3.2 基于PPM调制的BB84协议27-28
• 3.3 极化编码下的基于PPM调制的高效MDI-QKD协议28-38
• 3.3.1 系统描述28-30
• 3.3.2 密钥率分析30-34
• 3.3.3 数值仿真与分析34-38
• 3.4 OAM编码下的基于PPM调制的高效MDI-QKD协议38-46
• 3.4.1 系统描述38-40
• 3.4.2 密钥率分析40-42
• 3.4.3 数值仿真与分析42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 长距离轨道角动量测量装置无关量子密钥分发47-58
• 4.1 量子存储器47-49
• 4.1.1 量子存储器基本概念47-48
• 4.1.2 量子存储方案48-49
• 4.2 基于量子存储的长距离OAM-MDI-QKD协议49-56
• 4.2.1 系统描述49-51
• 4.2.2 密钥率分析51-54
• 4.2.3 数值仿真与分析54-56
• 4.3 本章小结56-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 论文工作总结58-59
• 5.2 下一步工作计划59-60
• 参考文献60-62
• 致谢62

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