摘要：在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学Norbert Lütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.

摘要：连续变量量子密钥分发(Continuous Variable Quantum Key Distribution,CVQKD)允许合法的通信双方以绝对安全的方式传输密钥。为了达到理想的安全性,在后处理阶段需采用多维协调。然而多维方案带来系统增益的同时,发送端也需要传输更多的辅助译码参数。针对以上问题,提出了连续变量量子密钥分发的新型传输方案。通过构建虚拟信道模型,分析模型的虚拟噪声参数,成功证明了在传统方案中,辅助译码参数y的传输是非必要的,并给出了估算的辅助参数值。仿真结果表明,估算的辅助参数值可以代替y。

摘要：针对连续变量量子密钥分发(CVQKD)通信距离较短的问题,在多维数据协调方案的基础上,利用连续密度进化和差分进化方法,设计出优质度数分布的低密度奇偶校验(LDPC)码,并提出LDPC码码字重复方法,进一步提高多维数据协调的效率,有效地降低了收敛信噪比,延长了信息传输距离。实验仿真结果表明:在分组码长为106时,收敛信噪比能够降低至-6dB以下,协调效率可达90.27%,提取到的安全密钥量为0.22kb/s,信息传输距离超过80km,该方法可有效延长CVQKD系统的通信距离。

摘要：连续变量量子密钥分发中的协商效率一直是限制安全密钥分发速率的主要因素,而协商效率的高低取决于所用算法的计算复杂度.文中分别对连续变量协商过程的两个主要方面区间划分方法和比特判断函数进行优化,采用Gauss近似明显提高了最优区间划分迭代算法的收敛速度,设计了高效的判断函数作为主流比特判断算法-SEC(sliced error correction)算法的估计器,明显降低了计算复杂度,极大地简化了协商算法的核心问题,提高了连续变量协商过程的效率,进而提高了连续变量安全密钥分发速率.

摘要：量子-经典信号共纤传输技术对实用化量子保密通信网络建设具有重要意义。针对经典光在光纤信道中的拉曼散射(RS)、四波混频(FWM)以及交叉相位调制(XPM)等非线性效应对量子信号的噪声干扰,构建了量子-经典信号共纤传输连续变量量子密钥分发(CVQKD)系统的安全密钥率仿真模型,重点分析了经典光功率、信道间隔和探测方式对系统噪声和密钥率的影响。结果表明,在近距离传输时,FWM噪声占主导地位,在传输距离大于10 km时,XPM噪声大于RS和FWM噪声。系统总噪声与经典光功率正相关,与波分复用信道间隔反相关。零差和外差检测下,随着传输距离的增加,安全密钥率整体变化趋势接近,零差检测方式具有更大的极限传输距离。该研究工作可为实用化量子-经典信号共纤传输CVQKD系统的优化设计提供参考。

摘要：时域脉冲平衡零拍探测器能够直接对光场量子态的正交分量进行测量,是连续变量量子密钥分发系统的核心测量器件,其测量精度与密钥分发系统的额外噪声及安全密钥速率密切相关.本文理论分析了探测器双臂不平衡对测量精度的影响,并实验设计、研制了双臂可精确自动平衡的时域脉冲平衡零拍探测器.通过高精度控制探测器一臂的光纤圆环曲率半径,实现了光纤内部光场强度的精密衰减,进而获得了探测器的精确自动平衡.实验测试结果表明时域平衡零拍探测器双臂具有10^(-5)以上的平衡精度,能够长时间稳定运行,有效避免了探测器的输出电压进入非线性区或饱和区.该探测装置可应用于连续变量量子密钥分发系统,有效降低由于量子态信号探测过程引入的额外噪声,提高系统的长期稳定性.

摘要：研究了三种常见天气降雨、降雪和雾霾对采用不同波长信号的自由空间量子通信系统的安全密钥率的影响。利用建立的基于连续变量高斯调制的量子密钥分发传输模型,分析了在个体攻击和集体攻击情况下Bob分别采用零差检测和外差检测时,不同天气条件和不同信号光波长对安全密钥率的影响。随后仿真得到了不同天气情况和等级、不同波长量子信号、不同攻击类型和不同检测方式条件下安全密钥率随传输距离的变化关系,并对结果进行了分析。研究结果可以为实际的自由空间量子通信系统的设计提供一定的参考。