【摘 要】
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量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）作为量子通信的一个重要分支,近几十年来得到了广泛的研究,它基于量子力学定律来实现发送方和接收方之间的无条件安全的密钥分发。然而,在实际的实验条件下,光子源和测量装置并不完美,造成了该协议有一些安全漏洞。2012年,测量设备无关的量子密钥分发（Measurement-device-independent Quantum key
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量子密钥分发（Quantum key distribution,QKD）作为量子通信的一个重要分支,近几十年来得到了广泛的研究,它基于量子力学定律来实现发送方和接收方之间的无条件安全的密钥分发。然而,在实际的实验条件下,光子源和测量装置并不完美,造成了该协议有一些安全漏洞。2012年,测量设备无关的量子密钥分发（Measurement-device-independent Quantum key distribution,MDI-QKD）协议的提出,成功的抵御了对于测量装置的所有攻击。再与诱骗态思想相结合,即使在光子源与探测器不完美的情况下,也可以保证该协议的安全性。但是,该协议有一个缺点,就是密钥生成率相对较低。为了提高密钥率,可以采用高维编码或超纠缠。目前,这两种方案已经被广泛用于各种量子通信协议。本文的第一个工作是提出了一种可以在现有条件下实现的高维测量设备无关的量子密钥分发协议。该协议利用编码在极化和动量两个自由度（Degrees of freedom,DOFs）上的单光子来提高密钥生成率,并且采用了在当前实验条件下可实现的超纠缠贝尔态测量方案,大大提高了本协议的可行性。此外,纠缠作为量子通信和量子计算的一种基础资源,一直是人们研究的重点。特别是随着各种高维量子通信协议的提出,高维纠缠的产生已经成为实现这些协议的前提。从纠缠的自由度来看,高维纠缠可以分为单自由度的纠缠与同时在多个自由度中纠缠的超纠缠。本文的第二个工作是提出两种三自由度超纠缠的制备方案,包括极化、离散频率、时间片段三自由度的超纠缠和极化、空间、时间片段三自由度的超纠缠。这两种方案利用非线性晶体中的自发参量下转换过程,以及其他的一些线性光学器件产生的两种超纠缠,将会在未来的高维协议中有重要的应用。
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