量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)安全性及退相干抑制研究.pdf

1、隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展，量子密鑰分發(fā)技術(shù)逐漸成熟，有望為實(shí)際的信息系統(tǒng)提供安全的密鑰分發(fā)機(jī)制。量子密鑰分發(fā)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于它的無(wú)條件安全性，雖然其理論安全性已經(jīng)得到證明，但是在實(shí)際的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，由于設(shè)備實(shí)現(xiàn)的不完美，無(wú)法達(dá)到理論上的理想條件，使竊聽(tīng)者有機(jī)可乘，導(dǎo)致量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的成碼率降低及量子比特誤碼率升高。因此研究量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)際安全性對(duì)成碼率和量子比特誤碼率的改善以及量子通信技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用有著重要意義。

2、>　　量子信息雖然相對(duì)于經(jīng)典信息有著巨大的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，卻遇到了一個(gè)重大障礙—退相干效應(yīng)，退相干是由于系統(tǒng)在演化的過(guò)程中與環(huán)境不可避免地相互作用導(dǎo)致的。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，即使沒(méi)有攻擊者存在，因?yàn)橥讼喔尚?yīng)的影響，也會(huì)使成碼率降低，量子比特誤碼率升高。因此如何抑制退相干已經(jīng)成為現(xiàn)階段一個(gè)越來(lái)越重要的研究課題。
　　本文主要研究量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實(shí)際安全性及退相干抑制兩個(gè)方面。本文完成的工作包括：
　　首先，

3、介紹量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)安全性和退相干抑制研究的意義及現(xiàn)狀，給出了量子保密通信相關(guān)的背景知識(shí)，包括量子力學(xué)的基本知識(shí)、兩個(gè)典型的量子密鑰分發(fā)協(xié)議BB84協(xié)議和B92協(xié)議、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中單光子信號(hào)制備及單光子探測(cè)器等關(guān)鍵技術(shù)。
　　然后，詳細(xì)研究了幾種典型的邊信道攻擊方法，包括PNS攻擊、相位重映射攻擊、探測(cè)致盲攻擊等等，同時(shí)討論了對(duì)應(yīng)的抗攻擊措施。對(duì)基于B92協(xié)議的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其在隨機(jī)數(shù)生成、弱相干光源、

4、偏振控制、單光子探測(cè)等方面存在的安全漏洞，并給出解決方案。
　　其次，詳細(xì)介紹弱測(cè)量-恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)原理，將該方法用于抑制幅值阻尼信道噪聲，通過(guò)公式推導(dǎo)及MATLAB仿真，驗(yàn)證了該方法抑制幅值阻尼信道噪聲時(shí)，理想情況下可以使量子態(tài)無(wú)限趨近于初始量子態(tài)，達(dá)到完全抑制退相干的效果。
　　最后，將弱測(cè)量-恢復(fù)方法應(yīng)用于抑制相位阻尼信道噪聲和退極化信道噪聲，通過(guò)嚴(yán)格的公式推導(dǎo)，詳細(xì)討論該方法抑制相位阻尼信道噪聲時(shí)對(duì)量子保真度的影響，分別

5、設(shè)置弱測(cè)量強(qiáng)度、恢復(fù)測(cè)量強(qiáng)度及量子信道的退相干程度這三個(gè)參數(shù)，用MATLAB進(jìn)行仿真，驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性。
　　本文對(duì)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性分析及退相干抑制研究具有理論意義。本文仍需進(jìn)一步研究和完善的地方有以下幾個(gè)方面：
　　（1）針對(duì)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)存在的安全漏洞，不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與完善，從而提高成碼率，降低量子比特誤碼率。
　?。?）研究弱測(cè)量-恢復(fù)方法進(jìn)行退相干抑制時(shí)對(duì)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的成碼率及量子比特誤