雙路連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性分析.pdf

1、量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution, QKD)可以使真實(shí)通信的雙方(通常把發(fā)送方稱為Alice,接收方稱為Bob)獲得安全的密鑰而不用限制竊聽者(稱為Eve)不違反物理規(guī)律的能力. QKD的安全性是由物理原理而不是數(shù)學(xué)上計(jì)算的復(fù)雜度來保證的,因而有廣泛的應(yīng)用前景.
　　連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)(Continuous-Variable Quantum Key Distribution, CVQKD)雖然有很多

2、優(yōu)點(diǎn),但是其安全距離易受過量噪聲的影響.為了提高CVQKD的可容忍噪聲,人們提出了一種雙路CVQKD協(xié)議.本文對原始的雙路CVQKD協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)并分析了安全性.主要研究內(nèi)容包括:
　　提出了一組新的雙路CVQKD協(xié)議并給出了安全性分析.雖然最早Stefano Pirandola等提出的雙路CVQKD協(xié)議相比于單路相干態(tài)協(xié)議,可以顯著地提高可容忍噪聲,但是其對于一般的集體攻擊,必須組成雙路和單路的混合協(xié)議并隨機(jī)地選擇單路和雙路協(xié)議

3、,以便對信道進(jìn)行層析掃描(tomography)來分析安全性,這在實(shí)際操作中增加了實(shí)現(xiàn)的難度.因此,本文提出了一組新的雙路CVQKD協(xié)議.在Alice端,用一個(gè)被動(dòng)操作代替原來的主動(dòng)操作.這樣可以得到Eve對Alice和Bob系統(tǒng)的純化,從而可以利用高斯攻擊最優(yōu)性這種成熟的證明方法來進(jìn)行安全性分析,避免了用層析掃描進(jìn)行分析,使得新協(xié)議在實(shí)驗(yàn)上更容易實(shí)現(xiàn).本文還給出了可實(shí)現(xiàn)的制備測量方案.數(shù)值模擬的結(jié)果表明新的雙路CVQKD的可容忍噪聲比

4、單路的高.在采用實(shí)際的實(shí)驗(yàn)值時(shí),不管是安全碼率還是傳輸距離,新的雙路CVQKD協(xié)議的表現(xiàn)都遠(yuǎn)好于單路相干態(tài)協(xié)議.
　　另外,本文還提出了添加加性噪聲的改進(jìn)的雙路CVQKD協(xié)議并給出了安全性分析.在單路CVQKD協(xié)議中,人們已發(fā)現(xiàn)在Bob的探測端添加適當(dāng)?shù)脑肼暦炊鴷?huì)提高安全碼率.作者把此想法應(yīng)用到本文提出的新的雙路CVQKD協(xié)議中,在Bob的探測端添加適當(dāng)?shù)脑肼曇愿倪M(jìn)雙路CVQKD的表現(xiàn).考慮信道之間關(guān)聯(lián)的影響,進(jìn)行了安全性分析并對

5、集體糾纏克隆機(jī)攻擊進(jìn)行了數(shù)值模擬.數(shù)值模擬結(jié)果表明,在Eve對兩個(gè)信道輸入的噪聲的方差相同的情況下,盡管有關(guān)聯(lián)信道的安全碼率比無關(guān)聯(lián)信道的略低,但是雙路CVQKD的表現(xiàn)依然遠(yuǎn)優(yōu)于單路相干態(tài)CVQKD.另外,添加合適的噪聲有利于提高雙路CVQKD的可容忍噪聲和安全碼率,雙路CVQKD的最優(yōu)的可容忍噪聲遠(yuǎn)大于單路相干態(tài)CVQKD.在考慮實(shí)際的實(shí)驗(yàn)值和協(xié)調(diào)效率為90％的條件下,添加適當(dāng)加性噪聲的新的雙路CVQKD的安全碼率傳輸距離超過60 k