基于直调激光器的量子秘密共享方案研究

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量子密码学是近三十年来快速发展的一门新兴学科,相比经典密码学展现出巨大的安全性优势,其密码的安全性由量子力学的基本原理保证。量子秘密共享是量子密码学的一个重要应用,它将秘密信息编码在量子态上,能够保证多个参与者获得秘密信息且不被窃听者窃听。经过二十余年的发展,量子秘密共享技术在理论和实验上已经取得了许多成果。然而,受制于量子器件的高昂成本,量子秘密共享技术的商业化一直止步不前。在此,本文将成本低廉的直调激光器引入量子秘密共享系统中,以降低系统成本,为量子通信技术的商业化提供新的思路。本文的主要研究成果和创新点如下:1.在量子通信技术中引入直调激光器降低系统成本。为了对引入直调激光器后系统的性能进行准确分析,首先对直调激光器工作原理进行介绍,对其速率方程进行建模。针对直调激光器远距离传输中存在的频率啁啾,引入了啁啾估计算法以消除其对系统性能的影响,同时在单调制器上实现二维调制。将直调激光器与传统量子设备进行了性能对比,用提高激光器输出功率阈值的方式达到近似传统量子设备的性能。2.提出了一种基于直调激光器的连续变量量子秘密共享方案。该方案中每个参与者使用直调激光器制备相干量子态在同一信道上发送给处理者,处理者使用双零差探测技术测量接收的量子态,经过处理后得到系统的安全密钥率。处理者将秘密信息均等分为秘密子信息,在量子信道上以安全密钥率分别给每位参与者发送秘密子信息,所有参与者共同协作下获得完整的秘密信息。之后,对系统在高斯调制相干态与四态离散调制相干态两种调制格式上分别进行了安全密钥率分析,并对两种调制格式下的系统传输性能进行了数值模拟,分析了系统在两种调制格式下的性能差异。模拟结果表明本文提出的方案具有可行性,在高斯调制下方案具有更优秀的抗噪声性能,在离散调制下方案能传输更远距离。3.提出了一种基于直调激光器的门限量子秘密共享方案。该方案使用生成多项式与拉格朗日插值完成秘密信息的切割与组合,与(n,n)门限量子秘密共享方案相比,提出的门限量子秘密共享方案具有更强的灵活性。在详细描述方案实施步骤后,对方案可能遭受的攻击进行了分析,保证了协议的安全性。随后对系统的渐进密钥率进行了推导,证明了安全传输的可行性。最后,分别对高斯调制相干态和四态离散调制相干态下方案的传输性能进行了数值模拟。结果表明提出的方案具有良好的可实施性。图20幅,表1个,参考文献69篇
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