光纖量子密碼和量子指紋識別研究.pdf

1、量子信息物理學是基于量子物理的原理來研究信息學的學科，同經(jīng)典信息學相比，在解決一些問題上有巨大優(yōu)勢。基于量子力學的基本原理可以實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)(QKD)，可以理論上無條件安全地進行密鑰的擴展，配合一次一密的加密方式，可以實現(xiàn)無條件安全的保密通信。基于量子態(tài)疊加干涉的量子指紋比對，可以做到比經(jīng)典方案更節(jié)約信息量?；诹孔討B(tài)測量塌縮原理的量子隨機數(shù)，可以做到比經(jīng)典隨機數(shù)更加安全，理論上是無法預測的。
　　本論文首先介紹一種高度抗信道干

2、擾的新型QKD方案。普通的QKD方案對系統(tǒng)的錯誤率有著嚴格的要求，而這種方案可以容忍很高的錯誤率，理論上可以到50％的極限。之后我們介紹原方案的一些不足，在此基礎上，我們提出了該方案的被動式實現(xiàn)，并演示了其高容錯率的能力。我們的方案在53km的距離上，比特錯誤高達31.2％的時候依然可以成碼。這超越了現(xiàn)有的其它QKD協(xié)議，有望應用于環(huán)境干擾較大的場合。
　　指紋識別是經(jīng)典信息論中的一個重要內(nèi)容，為了讓Referee判斷出Alice

3、和Bob雙方的信息是否相同，Alice和Bob只需發(fā)送一小段“指紋”數(shù)據(jù)給Referee。對于經(jīng)典的n長度的字串做指紋識別，需要發(fā)送√n量級的信息量，而量子態(tài)有著相干疊加的性質(zhì)，n個qubits相干疊加可以有2n個基矢，從而能攜帶的信息量指數(shù)的優(yōu)于經(jīng)典比特。亦即，理論上通過log2n量級的qubits就可以完成指紋識別的任務。我們首先介紹了更加實用的相干態(tài)量子指紋識別方案，證明其同樣擁有指數(shù)量級的優(yōu)勢，然后我們進行了遠距離的量子指紋識別

4、試驗，通過優(yōu)化各個部分的性能，在20km的距離下實現(xiàn)了優(yōu)于經(jīng)典理論極限的指紋識別，是目前量子指紋識別的最遠距離，而且是首個超越經(jīng)典信息理論極限的量子指紋識別實驗。
　　隨機數(shù)產(chǎn)生器也是通信領域用到的關鍵器件。經(jīng)典的隨機數(shù)通常用偽隨機數(shù)或經(jīng)典物理隨機數(shù)的方式產(chǎn)生。前者的安全性依賴于計算復雜度的假設，后者也不能完全證明不被攻擊者控制。而量子隨機數(shù)的產(chǎn)生依賴于量子力學假設，其隨機性在量子力學框架下，不受攻擊者影響。本論文提出了一種測量設