连续变量量子密钥分发及其在城域量子保密通信网路的应用.pdf

1、Information Classification:General连续变量量子密钥分发及其在城域量子保密通信网路的应用喻松（北京邮电大学）信息光子学与光通信全国重点实验室E-mail:yusongbupt.edu.cInformation Classification:General量子力学与信息科技：量子信息时代的到来半导体激光器原子能传统信息技术飞速发展之后，摩尔定律正在逼近物理极限。信息传输和处理速度的日益提高，系统功能越来越向微观尺度演进,量子效应对信息系统的影响逐渐明显。以量子计算、量子通信、量子探测为代表的量子信息时代正在到来。以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息的存储、编码、

2、计算和传输等行为摩尔定律量子计算量子通信量子探测电子信息系统量子信息系统Information Classification:General研究背景|量子探测的典型应用3反潜用原子磁力仪导航用原子钟脑磁仪导弹尾焰探测用原子滤光器量子雷达Information Classification:General量子科技发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，加快发展量子科技，对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。研究背景|量子信息技术的战略意义中共中央政治局第二十四次集体学习培育量子通信等战略性新兴产业，抢占量子科技国际竞争制高点，构筑发展新优势。习近平习近平在中央政治局第二

3、十四次集体学习时强调深刻认识推进量子科技发展重大意义加强量子科技发展战略谋划和系统布局航空发动机及燃气轮机 量子通信与量子计算机脑科学与类脑研究人工智能2.0航空发动机及燃气轮机 深海空间站脑科学与类脑研究国家网络空间安全国家重大科技发展战略 科技创新20304Information Classification:General5信息是国家的战略资源，是个人的无形资产！军事行动政府决策商业交易信息安全个人信息Information Classification:General密码学与信息安全6密码学是现代信息安全问题的核心技术Information Classification:General

4、传统密钥分发明文保密通信过程加密解密明文信道（密文）基于公钥或私钥体系公钥体系非绝对安全性基于复杂算法私钥体系具有安全性经典密钥方法基于复杂算法7微软研究院科学家指出：破解RSA-2048密钥可能需要耗费传统电脑10亿年的时间，而量子计算机只需要100秒就可以完成。Information Classification:General8连续变量量子密钥分发采用相空间中的广义坐标和广义动量进行连续编码。安全性同样基于量子不可克隆原理。窃听时会增加系统过量噪声，从而发现窃听者。连续变量量子密钥分发（CVQKD）Alice 制备相干态，利用分束片分为信号光和本振光；Alice 利用随机数发生器和调制器

5、，进行高斯调制；Alice 将信号光和本振光通过信道发送给接收方Bob；Bob 使用随机数发生器测量信号光的动量和坐标值；Bob 公布测量基，Alice保留对应的动量或坐标数据；通信双方进行数据协调、私钥放大。散粒噪声散粒噪声相空间表象相空间表象高斯调制高斯调制激光激光随机数随机数发生器发生器本振光本振光信号光信号光幅度和相位调制幅度和相位调制随机数随机数发生器发生器信信 道道AliceBobPMPMAMPBCPBSF.Grosshans et al.,Nature 421,238(2003).Information Classification:General 光通信器件 兼容性好 系统成本

6、低 中继距离短 单光子器件 兼容性差 系统成本高 中继距离长1984年 离散变量协议2002年 连续变量协议连续变量协议在产业化方面的优势9 9可充分利用现有光纤通信产业链和基础设施像布设光纤通信系统那样布设量子保密通信系统DV-QKDCV-QKD单光子态单光子探测后处理难共享光纤相干态平衡零拍探测后处理可共享光纤DV-QKDCV-QKDInformation Classification:General连续变量量子密钥分发技术关键进展10Information Classification:General1111随路本振方案本地本振方案CV-QKD-系