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基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的误码率分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O436.1[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[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,华南师范大学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
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61378012,61401262,11374107)、国家自然科学基金重大研究计划(批准号:91121023)、国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2011CBA00200,2013CB921804)、教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号:IRT1243)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20124407110009)资助的课题.
中文摘要:

测量设备无关量子密钥分发系统可以免疫任何针对探测器边信道的攻击,并进一步结合诱惑态方法规避了准单光子源引入的实际安全性问题。目前实验中一般采用弱相干光源,但是该光源含有一定比例的空脉冲和多光子脉冲。本文针对弱相干光源的具体特性,采用量子力学的描述,将各个器件进行量子化处理,并同时考虑探测器的具体性能参数的影响,分别给出了通信双方各自发送的脉冲含有特定光子数时产生的成功贝尔态和错误贝尔态的概率公式,从理论上对相位编码和偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统的误码率进行了定量分析,分别推导并模拟了通信双方采用的平均光子数对称和不对称时误码率随传输距离的变化情况,结果表明在偏振编码Z基中,多光子脉冲不会引起误码;在偏振编码X基和相位编码中,受多光子影响,产生的误码率较大。对于不同的编码方式,误码率均随传输距离的增加有不同程度的升高,长距离传输时,平均光子数越小,产生的误码率越大;在偏振编码X基和相位编码的短距离传输中,相对于对称,通信双方采用的平均光子数不对称时产生的误码率较大。

英文摘要:

A measurement-device-independent quantum key distribution (MDI-QKD) protocol is immune to all detection side-channel attacks and guarantees the information-theoretical security even with uncharacterized single photon detectors. A weak coherent source is used in the current MDI-QKD experiments, it inevitably contains a certain percentage of vacuum and multi-photon pulses. The security issues introduced by these source imperfections can be avoided by applying the decoy state method. Here, through modeling experimental devices, and taking into account the weak coherent source and the threshold detectors, we have evaluated the gain, the probability to get successful Bell measurement and incorrect Bell measurement, and the quantum bit error rate (QBER), given a practical setup. In our simulation, we show how QBER varies with different transmission distances in the cases when the average photon numbers per pulse from Alice and Bob are symmetric and asymmetric. Result shows that the multi-photon pulses do not cause error in the Z basis of polarization encoding scheme, but produce a large QBER in phase encoding scheme and in the X basis of polarization encoding scheme. QBER is affected by the dark count rate and the system optical error associated with the multi-photon pulses. For different encoding schemes, QBER caused by each kind of average photon numbers from Alice and Bob increases to different degrees with the transmission distance, and finally is close to 50%. With the increase of the transmission distance, the average photon number per pulse decreases and the fraction of the dark count rate causing QBER gradually increases. Under the same effect of the dark count rate, the smaller the average photon number per pulse, the bigger the QBER. After a certain transmission and at the same transmission distance, the QBER is largest when average photon numbers used by Alice and Bob are both smallest. For the short distance transmission of phase encoding scheme and the X basis, we find that QBER is larger when aver

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876