發(fā)布時間：2018-05-07 20:51

  本文選題：量子密鑰分發(fā) + 測量設(shè)備無關(guān)　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：量子通信是量子物理學(xué)與信息學(xué)深入交叉而誕生的新興前沿學(xué)科。當前量子通信領(lǐng)域包括了量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、量子秘密共享、量子數(shù)字簽名、相對論量子比特承諾、量子指紋識別、量子中繼、量子數(shù)據(jù)鎖等方向。量子態(tài)疊加原理是量子物理學(xué)的核心,利用量子態(tài)相干疊加效應(yīng)可以讓量子通信協(xié)議相比于經(jīng)典通信協(xié)議擁有更多的優(yōu)勢。由于這些優(yōu)勢的存在,激發(fā)了研究者們在理論和實驗中不斷的探索,將不同的量子通信協(xié)議朝向?qū)嶋H的應(yīng)用方面推進。當前量子密鑰分發(fā)實用化技術(shù)發(fā)展十分迅猛,例如基于光纖傳輸?shù)木删�和滬杭干線都將在今年底建設(shè)完成,而基于自由空間傳輸?shù)氖澜缡最w量子衛(wèi)星“墨子號”和執(zhí)行包括空地量子密鑰分發(fā)任務(wù)的天宮二號相繼成功發(fā)射升空。然而隨著實用化量子密鑰分發(fā)的發(fā)展,研究者們發(fā)現(xiàn)理論中的證明與實際的系統(tǒng)之間存在差異,而這些差異將會給實際系統(tǒng)帶來漏洞從而出現(xiàn)針對實際系統(tǒng)的量子黑客攻擊。例如針對多光子源的光子數(shù)分離攻擊和探測器的強光致盲攻擊等。因此研究實際系統(tǒng)的安全性是量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域最重要的課題之一。相比于量子密鑰分發(fā),其他量子通信協(xié)議如量子指紋識別、量子數(shù)字簽名和量子秘密共享等都還處于早期的理論研究和原理性實驗檢驗階段,離實用化的目標還相對遙遠。本論文作者在博士期間主要的工作包括,量子密鑰分發(fā)、量子指紋識別、量子數(shù)字簽名的理論和實驗研究。具體的利用相干疊加態(tài)理論模擬了測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā),得到了更高的安全成碼率和安全傳輸距離；研究了誘騙態(tài)方案的基于Bell不等式的測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)理論；給出了六態(tài)SARG04協(xié)議的無條件安全成碼率的公式獲得了更高的安全錯誤率門限；提出探測器誘騙的回環(huán)差分相移量子密鑰分發(fā),移去了光子數(shù)分辨探測器的要求；實驗演示了外場條件下基于不信任中繼的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；將測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)的安全傳輸距離提升到404公里；實驗觀察到了打破經(jīng)典極限的基于雙Sagnac干涉儀的量子指紋識別；實驗演示了超過102km的無條件安全量子數(shù)字簽名。
[Abstract]:Quantum communication is a new frontier subject of quantum physics and informatics. The current quantum communication fields include quantum key distribution, quantum teleportation, quantum secret sharing, quantum digital signature, relativistic quantum bit commitment, quantum fingerprint identification, quantum relay, quantum data lock and so on. The principle of quantum state superposition is the core of quantum physics. Using the coherent superposition effect of quantum state can make quantum communication protocol have more advantages than classical communication protocol. Due to the existence of these advantages, researchers have been motivated to explore in theory and experiment and push different quantum communication protocols towards practical applications. At present, the practical technology of quantum key distribution is developing rapidly. For example, the Beijing-Shanghai and Shanghai-Hangzhou trunk lines, which are based on optical fiber transmission, will be completed by the end of this year. "Mozi", the world's first quantum satellite based on free space transmission, and Tiangong II, which carries out a mission involving the distribution of quantum keys in an open space, have been launched successfully one after another. However, with the development of practical quantum key distribution, researchers find that there are differences between the theoretical proof and the actual system, and these differences will bring vulnerabilities to the actual system and lead to quantum hacking attacks against the actual system. For example, the multi-photon source photon number separation attack and the detector strong light blinding attack and so on. Therefore, studying the security of practical systems is one of the most important topics in the field of quantum key distribution. Compared with quantum key distribution, other quantum communication protocols, such as quantum fingerprint identification, quantum digital signature and quantum secret sharing, are still in the early stage of theoretical research and principle experimental verification, and are far from the practical target. During his Ph. D., the author's main work includes quantum key distribution, quantum fingerprint identification, and theoretical and experimental research on quantum digital signature. The coherent superposition state theory is used to simulate the quantum key distribution which is independent of the measurement device, and a higher secure bit rate and secure transmission distance are obtained. The quantum key distribution theory based on Bell inequality is studied, and the formula of unconditional secure bit-rate of six-state SARG04 protocol is given, and a higher threshold of secure error rate is obtained. In this paper, the detector decoy differential phase shift quantum key distribution is proposed, which removes the requirement of photon number resolution detector, and the experiment demonstrates the quantum key distribution network based on distrust relay under the condition of external field. The secure transmission distance of measurement device independent quantum key distribution is increased to 404km. Quantum fingerprint identification based on double Sagnac interferometer is observed to break the classical limit. Unconditional secure quantum digital signature over 102km is demonstrated.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413;TN918

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