量子保密通信实际系统的安全性问题及其解决方法

量子保密通信系统应用的核心价值在于由量子物理原理保证的安全性。实际系统的安全性可从两层面考虑：1. 协议；2. 器件及系统实现。协议（如BB84，诱骗态等）的安全性分析都存在一些理想条件的假定。但，实际系统的器件及实现方案，往往很难保证这些理想假定得到充分满足，带来安全隐患。因此，有必要分析器件和系统实现的物理模型，找出实际条件与理想假定的差距，探索解决方法来消除安全隐患。本项目重点研究量子保密通信系统中不同协议下因光源和随机数发生器的非理想性带来的安全性问题，从理论和实验上研究实际可行的信源监控方案和量子随机数产生方案，分别解决非理想情况下光源和随机数的安全漏洞。

本研究针对实际量子保密通信系统中非理想光源、随机数、探测器等实际安全性问题开展研究，采用信源监控和物理真随机数发生器解决相关问题。主要针对两大类（单光子和连续变量）量子保密通信系统开展研究。同时，对设备无关量子密钥分发也做了一些有益研究。在本项目支持下，我们取得成果主要在以下方面：1）提出信源监控方案，解决采用SARG04协议的商用QKD系统的非可信光源安全漏洞；2）研究实际可行的信源监控模块；3）提出实际可操作的新双路连续变量量子密钥分发协议，可提高连续变量QKD系统的安全码率、安全距离和信道噪声容忍度；4）主动添加量子噪声到探测系统中，有效改进新双路连续变量量子密钥分发协议的安全码率和安全距离；5）采用光学放大器改进新双路连续变量量子密钥分发协议的安全码率和安全距离；6）连续变量量子密钥分发系统信源噪声建模与实时信源监控方法；7）无需线性信道假设的离散调制连续变量量子密钥分发协议安全性证明；8）可抵御针对探测器黑客攻击的测量设备无关连续变量协议；9）基于超亮发光二极管，产生1.6Tbps随机序列的超高速量子随机数发生器，并提出3σ新随机数检验方法。