【摘 要】
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广义测量（Positive Operator-valued Measurements,POVM）在量子信息领域发挥着举足轻重的作用。本文主要针对POVM在测量设备无关量子随机数发生器（Measurement-deviceindependent Quantum Random Number Generator,MDI-QRNG）与量子随机存取码（Quantum Random Access Code,Q
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广义测量（Positive Operator-valued Measurements,POVM）在量子信息领域发挥着举足轻重的作用。本文主要针对POVM在测量设备无关量子随机数发生器（Measurement-deviceindependent Quantum Random Number Generator,MDI-QRNG）与量子随机存取码（Quantum Random Access Code,QRAC）中的应用进行了探讨与研究,并主要从随机成码率与抗信道损耗能力方面来探讨其对系统性能的提升。1、不完美光源下的MDI-QRNG协议的理论研究。广义测量在MDI-QRNG生成随机数方面发挥了无可替代的作用,我们通过对发送端不同光源强度下编码的态进行相应的广义测量后,并通过估算优化相关的参数值,从而提高随机密钥生成率,并增强它的抗信道损耗能力。但在实际的应用中,由于设备的的限制,不可避免的会出现光源误差的影响,本工作主要分析了几种不同光源下光源误差对随机数产生的影响,并分析了有限长效应对随机性、安全性以及光源误差的影响。最后我们提出四强度诱骗态的MDI-QRNG方案,将随机性及抗信道损耗性能进一步提升。2、基于广义测量的QRAC理论研究。广义测量在QRAC中对提高通信双方乃至三方之间相互猜测成功的概率尤为重要,从而保证通信任务的安全性,避免被窃听者进行攻击,鲁棒性更强。本工作将量子领域的线性规划问题转变为简单易懂的Gram矩阵进行了相关的分析,用半正定规划相关方法去实现两个接收方Alice和Bob分别在两输入与三输入的QRAC模型,本工作首次提出了通过Gram矩阵解决三个接收方在两输入下的QRAC模型,并分析了两个接收方分别在两输入与三输入下受噪声影响的QRAC模型。最后实现了两个接收方在不同的噪声下如何进行相应的合作才能保证通信安全最大化策略模型。3、基于并行反馈移位寄存器随机数后处理算法研究。对于生成的初始随机数序列,本工作提出了几种并行反馈移位寄存器随机数后处理算法,并通过相应的安全性认证对其进行检测,本工作对几种后处理算法进行了详细的性能对比,将夹杂着光噪声的高斯分布经过我们的后处理操作后使其不同的量化区间呈现均匀分布,最小熵值增加,从而提升了安全性,实现方式上采用并行反馈移位寄存器处理,效率大大提升。
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