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弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

吴承峰 杜亚男 王金东 魏正军 秦晓娟 赵峰 张智明

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

吴承峰, 杜亚男, 王金东, 魏正军, 秦晓娟, 赵峰, 张智明
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  • 测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.
      通信作者: 王金东, wangjd@scnu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金重大研究计划(批准号:91121023)、国家自然科学基金(批准号:61378012,11374107,60978009,61108039,61401176,61401262)、广东省自然科学基金(批准号:2014A030310205,2015A030313388)、国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00200)和广东省应用型科技研发专项资金(批准号:2015B010128012)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-03
  • 修回日期:  2016-02-12
  • 刊出日期:  2016-05-05

弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析

  • 1. 华南师范大学, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室(信息光电子科技学院), 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广州 510006;
  • 2. 广东理工职业学院工程技术系, 广州 510091;
  • 3. 陕西理工学院物理与电信工程学院, 汉中 723000
  • 通信作者: 王金东, wangjd@scnu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金重大研究计划(批准号:91121023)、国家自然科学基金(批准号:61378012,11374107,60978009,61108039,61401176,61401262)、广东省自然科学基金(批准号:2014A030310205,2015A030313388)、国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00200)和广东省应用型科技研发专项资金(批准号:2015B010128012)资助的课题.

摘要: 测量设备无关量子密钥分发系统能够抵御任何针对单光子探测器边信道的攻击, 进一步结合诱惑态的方案, 可以同时规避准单光子源引起的实际安全漏洞. 测量设备无关量子密钥分发系统中, 非对称传输、分束器的不对称以及各个单光子探测器存在实际参数差异等光学系统的具体实现特征会对系统误码率和成码率等性能产生一定的影响. 本文针对采用弱相干光源的测量设备无关量子密钥分发系统, 引入单光子探测器品质因子的实验参数(暗计数与探测效率的比值), 通过量子化描述, 理论推导并模拟了误码率与单光子探测器品质因子、分束器反射率以及通信双方弱相干光源平均光子数之间的关系. 结果表明: 在X基偏振编码 和相位编码系统中, 当分束器的反射率趋近于0.5时, 误码率取最小值; 在偏振编码和相位编码系统中, 误码率随着单光子探测器品质因子的增大而增大; 在Z基偏振编码系统中, 误码率随分束器的反射率的变化会呈现较小的波动, 当分束器的反射率为0.5时, 若通信双方采用的平均光子数相差较大, 则误码率取最大值; 分束器的反射率和平均光子数对误码率的影响在Z基情况下不能等同, 但是对于X基编码和相位编码却能等同.

English Abstract

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