双高斯调制相干态远程连续变量量子密钥分发研究

In continuous variable quantum key distribution the quadratures of the coherent state can be used as carriers of information. This protocol has many advantages, such as unconditional security, easy preparation light source, high detection efficiency, good compatibility with current optical communication network. It will have broad application prospects in defense, commercial and communication. The protocol of double Gauss modulation separates the Gaussian data used to calculate communication parameters and the Gaussian data used to extract key. It reduces the influence of channel efficiency on excess noise. Furthermore, it reduces the amount of data used to calculate the communication parameters and increases the amount of extracted security key. It is suitable for remote continuous variable quantum key distribution. The security key can be generated effectively in real time base on this protocol. The devices FPGA, which are capable of parallel computing, are the ideal devices for high-speed data processing. The platform base on it also has high flexibility, small size, low power, et al. The project will build double Gaussian modulation coherent state long distance continuous variable quantum key distribution system based on FPGA devices. The system will be very stable and have the capabilities of high speed data generation, transmission and processing.

相干态连续变量量子密钥分发利用光场正交分量作为信息的载体，具有无条件的安全性，且所需光源易于制备，探测效率高，与当前的光通信网络具有良好的兼容性，在国防、商业和通信等邻域具有广阔的应用前景。双高斯调制方案使计算通信参数的高斯数据与提取密钥的高斯数据相分离，降低了通道效率对额外噪声的影响，减少了用于计算通信参数的数据量，增大了安全密钥的提取量，适用于远程连续变量量子密钥分发，可有效解决当前密钥分发的实时性问题。现场可编程器件FPGA可执行并行运算，具有灵活性高、体积小、功耗低等优点，是完成高速数据处理的理想器件。本项目将采用双高斯调制相干态方案，通过引入FPGA等器件，建立稳定性良好，具有高速数据产生，传输和处理能力的全光纤远程连续变量量子密钥分发系统。

当今信息时代，能够保障信息安全的密码学越来越受到人们的重视，其应用已经渗透到人们日常生活的各个领域。然而当前的加密方式主要基于计算的复杂性，容易受到量子计算机等未来新兴技术的威胁。基于量子力学基本原理的量子密钥分发可以使合法通信双方获得一组高度安全的随机密钥，不受量子计算技术的威胁，该密钥可用于信息的加密与解密，进而实现双方的保密通信，任何第三方的窃听都可以被通信双方测量到。.连续变量量子密钥分发利用光场的正交分量作为信息的载体，根据光场的种类又可分为相干态、压缩态和纠缠态方案。相干态方案所需光源易于制备，探测效率高，与当前的光通信网络具有良好的兼容性，在国防、商业和通信等邻域具有广阔的应用前景。双高斯调制方案减少了用于计算通信参数的数据量，增大了安全密钥的提取量，适用于远程连续变量量子密钥分发。现场可编程器件FPGA可执行并行运算，具有灵活性高、体积小、功耗低等优点，是完成高速数据处理的理想器件。.本项目对双高斯调制连续变量量子密钥分发进行了系统的研究，在有限码长情况下，优化了用于参数估算的比例，提高了数据利用率，并弥补了传统有限码长分析中的安全漏洞。研制出了重复复速率达40MS/s的时域平衡零拍探测器。研制出了基于直线步进电机和弯曲光纤衰减原理的自动衰减器，结合两臂平衡锁定技术，能够实现探测器两臂长时间保持平衡状态，从而确保通信系统的连续稳定运转。基于FPGA实现了相位锁定、调制器偏置点锁定和偏振锁定等技术。基于FPGA实现了高速的数据协调和私密放大。目前能够实现最远通信距离达80km的连续变量量子密钥分发技术。.项目执行过程中实现的相关技术可有效地推动连续变量量子密钥分发技术走向实际应用。