近期我院量子信息与量子通信团队在实际高바카라 배팅性量子密钥分发系统实验方面取得重要进展,论文以“使用바카라 배팅收发端的简单量子密钥分配方案(Simple Quantum Key Distribution using a Stable Transmitter-Receiver Scheme)”为题被国际光学重要杂志《Optics Letters》接收。
量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是量子通信的重要分支,是量子力学与密码学结合的产物。QKD能够在两个远程用户之间共享安全的随机密钥,其安全性由量子力学基本原理保障。由于其可靠的安全性,QKD作为新一代的加密手段被广泛研究。经过多年发展,QKD已经完成安全性证明,在自由空间、光纤链路、水下通道甚至星地之间均已完成实验验证,并且已经开始逐步商业化。然而,QKD系统中,实际器件仍然存在潜在的安全性漏洞,同时集成度、바카라 배팅性等仍不尽人意,极大地限制了其应用场景。因此,如何提高实际系统的安全性、바카라 배팅性及集成度是当前的重要研究方向。偏振编码诱骗态方案广泛应用于多种QKD协议中。然而在调制过程中会出现模式效应等侧通道,带来安全性漏洞。
本工作提出了一套简单的具有바카라 배팅收发端的QKD案。发射端由Sagnac强度调制器与Sagnac偏振调制器通过保偏光纤连接而成(图1),具有无需偏振对齐和无偏振模式色散的特点,同时免疫调制过程的模式效应漏洞。此外,发射端具有极强的抗干扰能力,Sagnac强度调制器填补了模式效应攻击的安全漏洞。同时,接收端采用具有紧凑结构的偏振分析模块,并且对准并固定了每组测量基矢的相对角度,提高了内在的바카라 배팅性。同时,接收端简化了基矢校准与偏振补偿的难度,可以将偏振控制器的数量由两个以上减少至一个。在实验测试中,系统在没有任何主动补偿和校正的情况下,维持了48小时的바카라 배팅性和平均量子误码率(QBER)小于1%(图2),展示了优秀的바카라 배팅性。该系统也在光纤信道上进行了测试,在75km长的光纤信道上获得了7.32kb/s的密钥率(图3)。
图一 具有바카라 배팅收发端的QKD系统装置示意图。a. Sagnac POL模块示意图;b. PAM模块示意图。
图二 误比特率(QBER)和计数(Counts)48小时바카라 배팅性测试。绿色(粉色)线表示X(Z)
基是QBER。蓝色(红色)线表示信号态(诱骗态)计数。
图三 不同距离下的安全密钥率。蓝色实线为理论仿真结果,红色三角为实验结果,分别对应25km,50km和75km。
该工作获得国家自然科学基金重点项目、青年基金及广西相对论天体物理重点实验室开放课题等项目资助。
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论文作者:马迪(硕士生),刘馨(硕士生),黄春凤(硕士生),陈华生(本科生),林焕斌(本科生),韦克金(通信作者)。