基于编码方法的量子保密通信研究

编码技术在通信领域发挥着重要作用，本项目研究基于编码方法的量子保密通信系统，集中研究量子保密通信技术实用化进程中与编码相关的若干核心理论与关键技术问题，主要包括：1）融合电信光通信系统相关技术的量子保密通信方案设计与实验实现；2）量子密钥分配中秘密协商模块的效率提升以及对应算法的设计与软硬件实验实现；3）基于纠错码方法的量子密码系统安全性分析，和基于图态和网络编码方法相结合的量子网络中量子安全通信核心理论与技术。该项目的研究不但可以促进量子保密通信技术的进一步实用化，提高相应技术的效率和在实际应用中的稳定性，而且可以获得具有良好创新性和科学价值的学术研究成果。因此，本课题不但具有良好的科学意义，而且蕴含较好的应用价值。另外，本项目还有助于量子保密通信领域的人才培养，以及进一步加强国际学术交流。

根据本课题提出的三个主要研究目标，课题组从如下四个方面展开了详细的研究。首先，在光编码技术及其在量子保密通信中应用方面，理论上我们利用光编码技术设计了一系列量子保密通信方案。尤其是提出的基于共轭编码技术的噪声量子加密方案，是现有光编码技术优势促进量子保密通信实用化的一个典范。实验上研制了国际上首套基于连续变量的量子密码通信综合平台，不仅能实现高速量子密钥分配，且能进行数据加密通信。系统的一系列指标均达到国际先进水平。其次，在基于低密度校验码（LDPC）的秘密协商效率提升技术方面，我们研究发现多进制LDPC能有效应用在多维秘密协商算法中，且后验概率的优化能带来译码性能的显著提升。基于此开发了一套连续变量量子密钥分配（CVQKD）秘密协商算法软件系统。再次，在量子网络中的量子保密通信方面，结合图态理论和编码技术，我们提出了一个基于相位-幅度编码技术的蜂窝式量子密钥分配网络，这个网络架构能让任意两个客户共享量子密钥。最后，在完成预期目标外，我们在量子保密通信信道容量理论研究等方面都展开了详细研究，也取得了一系列成果。此外，在本项目的资助下开展了广泛的学术交流，培养了一批优秀人才。总的来说，通过改进并设计量子保密通信中不同实现过程中涉及的编码技术，我们设计并实现了更高效实用的量子保密通信系统方案，并获得了量子网络中量子保密通信方面的创新性成果，很好地达到了项目预期要求的目标。