光纤量子密码实验和实用化研究

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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(Optics Letters, 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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