基于极化码的单步量子密钥分发后处理

摘要

量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以从理论上保证通信的无条件安全性.然而,量子密钥分发后处理过程中的误码纠错和密性放大这2个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性.文中提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计出可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构,并将其应用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将这2个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时.实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,提出的算法可同时满足纠后误码率≤10^-7的可靠性条件以及窃听信息量≤10^-14bit的安全性条件.当码长为220bit时,译码吞吐率可达3Mb/s,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mb/s.