光纤量子密码实验和实用化研究

摘要

密码学一直在政治、军事、经济中扮演着重要的角色。保密通讯系统，最重要的一个基础就是密钥分配的安全性。传统的对称密码体制和非对称秘密体制主要基于计算复杂性。随着计算机的性能的不断提升，特别是未来量子计算机可能实用化，经典保密系统将面临严峻挑战。　　 量子力学同样可以和密码学结合，来对抗可能的量子计算机。从1984年，第一个量子密钥分配（QKD）协议提出，至今已近三十年的时间。包括量子密钥分配、量子秘密共享(QSS)等多种量子密码术被提出，并逐渐从理论转化为实验，开始了实用化的步伐。　　 本文从实用性考虑，结合自己的研究主线，主要介绍光纤量子密码术的实验和实用化研究，包括QKD协议和实验的基本介绍，被动式诱骗态QKD的实验研究，QKD组网技术和实地测试以及QSS的实用扩展。本人的研究成果，主要体现在如下几个方面：　　 1．被动式诱骗态量子密钥分配是很有用研究潜力的，特别是基于非线性器件的方案，比如M.Curty的方案(OpticsLetters，Vol.34，p．3238，2009)。在实验上，验证并改进了M.Curty的光源方案，完成了自稳定的非泊松光源，是实现被动式诱骗态QKD的关键器件。　　 2．对M.Curty的方案（使用弱相干光源）在实际实验系统的拟合模型，提出修正。修正模型可以提供更好的模拟表现，也修订了最优化实验参数。结合非泊松光源和Faraday-Michelson量子密钥分配系统，完成了被动式诱骗态QKD的验证性实验，公共信道衰减可达22dB。　　 3．作为主要成员，与研究组团队一起完成了北京四端口QKD网络，芜湖多层级QKD网络和芜湖五点QKD网络。三个实地实验，分别测试了利用量子路由器搭建全时全通网，多种组网技术的融合和分层设计，以及省波长的量子路由器。　　 4．通过QKD网络实验，产生了QSS与QKD二者融合的想法，提出了非纠缠QSS扩展规模的实用模型。

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