引用本文:

钱欣,卞宇翔,刘少君,等. 基于压缩光源的无需监控信号干扰的量子密钥分发[J]. 光通信技术,2020,44(2):59-62.

基于压缩光源的无需监控信号干扰的量子密钥分发

钱 欣1,卞宇翔2,3*,刘少君1,冯 宝2,3

(1.国网江苏省电力有限公司 南京供电分公司,南京 210024; 2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),南京 211100;3.南京南瑞国盾量子技术有限公司,南京 211100)

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摘要:量子密钥分发可以为通信双方提供无条件安全的密钥。提出使用压缩光源的无需监控信号干扰的量子密钥分发协议。该协议通过在接收端对量子信号进行循环移位并测量任意2个量子信号的相位差来实现量子密钥分发,不仅可以产生安全密钥,而且不需要监控信号干扰,降低实现的复杂度。此外,仅使用2种强度的诱骗态去估计安全密钥生成率。实验结果表明:所提出的协议可以极大地提高安全密钥率,并增大传输距离。此外,仅使用2种强度的诱骗态也可以获得接近使用无穷个诱骗态的结果。

关键词:量子光学;量子密钥分发;压缩光源;诱骗态;安全密钥

中图分类号:O431.2 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)02-0059-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.02.013

0 引言
    量子密钥分发可以为通信双方(通常称为Alice和Bob)提供无条件安全的密钥[1,2]。量子密钥分发自提出以来,历经30余年的发展,在理论和实验上均取得了巨大的发展与进步[3-9]。最近,一种无需监控信号干扰的新型量子密钥分发被提出并受到广泛的关注[10]。因为该新型量子密钥分发的信息泄露量仅由Alice的量子态制备决定,与窃听者(Eve)和信道噪声导致的量子信号干扰无关,因此该新型量子密钥分发不仅可以产生安全密钥,而且还无需监控信号干扰。由于该协议在接收端需要对量子信号进行循环移位并测量任意量脉冲量子信号的相位差,因此常被称为循环差分相移量子密钥分发,受到广泛的关注[11-18]。此外,该量子密钥分发协议还可以容忍很高的量子比特错误率,理论上可以达到50%。
   目前,大部分的量子密钥分发都使用弱相干(WCS)脉冲作为量子光源[11-15]。但是弱相干脉冲空脉冲的比例很高,导致密钥生成率较低并且最大传输距离更短。此外,当使用诱骗态技术到无需监控信号干扰的量子密钥分发中时,需要使用3个或更多个诱骗态才能很好地估计无需监控信号干扰的量子密钥分发的系统性能[17,18]。而压缩光源[19-21]服从亚泊松分布,其空脉冲的比例非常低,当量子密钥分发应用压缩光源作为光源时可以获得非常好的效果。
   因此,本文提出使用压缩光源和诱骗态的无需监控信号干扰的量子密钥分发协议。

5 结束语
  本文提出基于压缩光的无需监控信号干扰的量子密钥分发协议,同时仅需使用2个诱骗态即可获得和使用无穷个诱骗态一样的性能。实验结果表明:本协议的安全密钥生成率和最大安全传输距离都远优于基于弱相干态和诱骗态的无需监控信号干扰的量子密钥分发。此外,由于仅需使用2个诱骗态可以减少资源消耗。本协议具有实用化价值。