缺陷光源下参考系无关量子密钥分发

1、中国密码学会2015年缺陷光源下参考系无关量子密钥分发国防科学技术大学理学院物理系王灿指导老师：梁林梅2015年10月23日中国密码学会2015年年会主要内容一、背景介绍二、缺陷光源下参考系无关量子密钥分发分析1）参考系无关量子密钥分发协议2）缺陷光源下相关参数计算3）密钥率数值模拟结果、总结出背景介绍量子密钥分发（QKD）是指在通信双方建立无条件安全的密钥，它的安全性是由量子力学的基本原理保证的。背景介乡绝大多数量子密钥分发协议,都要求通信双方在同一参考系卞夹 AttnCW Laser1S4: nmtIM八 PM AOMPCPol-M 8QAOMElectricalPC5 km fiberD

2、riverRMGRNGRNG5 km fiber Optical fiberElectrical cable偏振编码中校准 偏振态Time-bin编码中进行相位补偿管背景介绍能否不校准参考系？蒙蜀索王美最子蜜锢A. Laing, V Scaraiii, J. G. Rarity and J.-L. OBr:服用前景:earth-to-sateHiteien, Phys. Rev. A 82, 012304 (2010).clup-to-chip参考系无关量子密钥分发协议1. RFI-QKD协议内容*Alice制备三个基（Xa, Ya,下的六个 编码态，Bob由三个 基（XB, Yb, Zb）进

3、行测量。双方只需校准用来生成密钥的基（Z基），其余两组基之间可以 存 在一定偏差。在Eloch球上呈现为 如右图所示，即双方的参考系满足以下关系：ZAZA; Xcos/3XMsiYV3Y八;Vg 二 cos0 纭-sinAXAo* A. Laing, V Scaram, J. G. Rarity, and J.-L. OBrien, Phys. Rev. A 82, 012304 (2010).1参考系无关量子密钥分发协议2?密钥率计算Z基下的比特错：氐乙二匕警CNXAXJ2+笛沧尸+场XJ2+尬2 I当Ezz 15.9%时，Eve获得的信息量为：/e=(1- Ezz)h(1 严)+ zh (

4、山(严).h(X)为香农炳函数，如曲和f(ymaX)满足：吟 1 处一血 1 i_Ezz J C/2, 1,fWmax)二 JC/2 (1 Ezz)2谥血 / 4ZZ?其中 参数C满足且与0无关。1缺陷光源下参数估计关键参数C的估计1-(A4)ll 2C=X aXb 2+X a Yb)2+Y aXb)2+(YaYb)2口 _i-XAXB) 口 1 -优才小口 _i- = sin八-Qz) + cos 普 |lz， iQox) = SAn( + J )|0z+ cos( + 才)言平 i|lz, foy) = sinA + M0z+ cosQ + 瓠追+%)|lz(b； Vacuum+weak

5、decoy stateO密钥率数值模拟结果缺陷光源下密钥率与传输距离曲线模拟结果51, ?表示Z基下的源错，3和淤分别表示X基和Y基 下的 源错。 Single-photon source50100150Transmission distance (km)露=SO= 5=5. =0 i j j 4& =5j= 63=840.20045 =6 =5 =5 =0 300612 3 4-81Q 1111111020406080100 120 140 1S0Transmission distance (km)a二二曲=6且二口 8二 6*2=83=% =，2004 51 - &-5j=64=0,300

6、6E密钥率数值模拟结果(a) Single-photon source1021 1 1 1 1 1(b) Vacuum*weak decoy state五三1 = 二赳叽VOkm180km180kmAA60km5?4nkm一S- ?90km140krnff、-片二2二 0一驴防0110,6 严 2=0r、”l40km|-53=54=01 1缺陷光源下密钥率与传输距离曲线模拟结果1010*0.20.4& (radian)0.60.E00.10.20.30.40.5& (radian)0.607图中，实线均表示z基下的编码态是完美的，密钥率随 X和Y基 下源错的变化情况；虚线表示 X 和 Y 基下的态完美 , 密钥率随 Z基下源错的变化。缺陷光源下密钥率与传输距离曲线模拟结果00.10.2030.40.50.65i (radian)020406080100120140160Transmission distance (km)X和Y基下态完美，密钥 率与Z基下两个编码杰 源错的关索O距禺 L= 100km o源不存在缺陷，参考系 无关协议无穷诱骗态与 有限诱骗态与三态协议 壬穷诱骗态情况做对L 匕。 巧结y.心汩1?参考系无关量子密钥分发可以只传输四个编码态，减少了态 的制备。2?缺陷光源下参考系无关量子密钥分发，密钥率产生基（Z基）下的态的