Quantum Public-Key Encryption Schemes Based on Conjugate Coding
本文提出了几种利用共轭编码单光子串设计的量子公钥加密（QPKE）协议，从而可以利用现有技术在实验室中实现。其中两种方案是面向一比特消息的，并扩展为两种面向多比特消息的QPKE方案。这些协议的新颖结构确保了它们在信息理论上是安全的，并且可能具有比$n$的任何给定多项式更大的界限。最后，我们描述了一种利用量子态隐藏公钥经典部分的方法，这种思想有望增强方案的信息理论安全性。
2013-04-19 quant-ph
Comment on "Inherent security of phase coding quantum key distribution systems against detector blinding attacks" [Laser Phys. Lett. 15, 095203 (2018)]
这是一个简短的评论的信Balygin和他的同事[激光物理。15，095203（2018）]。我们指出一个错误，使信的结论无效。
2018-09-11 quant-ph
Security of practical phase-coding quantum key distribution
实用量子密钥分发（QKD）的安全性证明是近年来研究的热点。现实中的量子密钥分发大多基于相位编码BB84协议，通常使用非平衡马赫-曾德尔干涉仪（UMZI）作为信息编码器和解码器。然而，UMZI的长臂和短臂在实际的实验实现中会引入不同的损耗，Alice侧发射的态不再是标准的BB84态。在本文中，我们将在这种情况下的安全性分析。与直觉相反，对这种不同损失的主动补偿只会降低密钥比特率。
2009-11-16 quant-ph
Enhanced transmission capacity for laser communication at the single-photon level using the multi-channel frequency coding scheme
辐射源的统计特性通常用二阶相关或曼德尔参数来表征。我们的研究发现，单光子调制谱为我们提供了另一种对光子序列中所包含的高频信息更为敏感的可选方式。本文提出了一种基于单光子调制谱的多信道频率编码直接激光通信方案，多频调制使传输容量得到有效提高。由于弱相干光的光子到达时间具有内在的随机性，调制频率可以在宽频带内工作而不会产生频率混叠。在平均信号光子数为80 kcps时，实验上达到了小于10 ~（-5）的误码率。调制相干光场表现出单光子调制谱的非线性效应。对单光子调制谱的统计特性的研究，包括平均噪声光子数、积分时间、信道间隔和频率分量个数的依赖关系，有助于优化误码率和传输容量。
2017-04-20 quant-ph
Dense-coding quantum key distribution based on continuous-variable entanglement
提出了一种连续变量量子密钥分发方案，该方案利用明亮的Einstein-Podolsky-Rosen纠缠光束。纠缠光束的源被放置在接收站内，其中一半的纠缠光束被往返发送，另一半被接收器保留。通过对连续量子变量的密集编码相关测量方案，发送方调制在信号波束上的幅度和相位信号由授权接收方同时提取，从而显著提高了信道容量。两种可能的窃听进行了讨论。计算了互信息和密钥速率，并与单向传输方案进行了比较。
2006-12-12 quant-ph
Quantum probabilistic encryption scheme based on conjugate coding
提出了一种基于量子比特串共轭编码的私钥加密方案的量子概率加密算法。公钥加密协议一般采用概率加密算法。在这里，我们考虑的方式，它增加了经典和量子私钥加密方案的唯一性距离。分析了量子概率私钥加密方案在两种攻击下的安全性。利用无信令假设，证明了该方案能够抵抗对密钥的攻击。考虑到该加密方案的信息论不可否认性，研究了该方案对明文攻击的安全性。最后，我们对Breidbart的攻击作了一个猜想。
2013-02-27 quant-ph
GKP-inspired high-dimensional superdense coding with energy-time entanglement
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出了一种基于能量-时间纠缠态的高维超密集编码协议，利用双光子频率梳实现每光子约8.91比特的传输率，超过现有方案并具有更优光学损耗。
2026-02-19 quant-ph
Privacy amplification scheme based on composite coding
保密放大是量子密钥分发后处理中不可缺少的一个步骤，可以用来压缩共享密钥的冗余，提高密钥的安全级别。常用的隐私放大是基于通用哈希函数的随机选择，需要额外的随机源的帮助，而一般情况下并不存在。本文提出了一种基于复合编码的隐私放大方案，它是量子CSS码对经典线性码的推广。与通用散列函数相比，该方案不需要其他随机源，随机性完全由量子比特串提供。此外，在复合编码中，用于提取密钥的信息论界是明显的。
2021-09-15 quant-ph
Security analysis of the time-coding quantum key distribution protocols
对时间编码量子密钥分发协议进行了安全性分析。该协议利用相干单光子脉冲。密钥被编码在光子时间探测器中。相干叠加态的使用允许检测密钥的窃听。我们给出了一个数学模型的第一个协议，从中我们得出第二个，更简单的协议。我们推导出这两个协议的安全性分析，发现安全率可以与BB84协议获得的安全率相似。然后，我们计算这些协议在标准光纤链路上的安全距离。当使用低噪声超导单光子探测器时，可以预见超过200公里的安全距离。最后，我们分析了当使用微弱脉冲而不是单光子脉冲时光子数分裂攻击的后果。诱饵状态技术可以用来防止这种攻击。
2011-08-31 quant-ph
Proof-of-principle experiment of reference-frame-independent quantum key distribution with phase coding
我们在80 km的光纤上完成了与参考系无关的相位编码量子密钥分发（RFI-QKD）的原理验证实验。在考虑有限密钥约束之后，我们仍然实现了50 km的距离。在这种情况下，基态的相位通过缓慢的时变变换而相关。在此基础上，提出并实现了一种新的用于弱相干源RFI-QKD系统的诱骗态方法，以对抗光子数分裂攻击。借助于一个独立于参考系的协议和一个带有法拉第旋转镜的迈克耳孙干涉仪，我们的系统不受干涉仪的缓慢相位变化和信道的偏振干扰的影响，使得该过程非常鲁棒。
2014-05-09 quant-ph
Dense-Coding Attack on Three-Party Quantum Key Distribution Protocols
密码分析是密码学研究的一个重要分支，包括经典密码学和量子密码学。分析了最近提出的两个三方量子密钥分发协议（QKDP）的安全性，指出它们容易受到一种简单有效的攻击，即密集编码攻击。结果表明，窃听者Eve通过发送纠缠量子比特作为假信号给Alice，并在Alice编码后进行集体测量，可以完全获得会话密钥。攻击过程类似于Eve和Alice之间的密码通信，其中使用了特殊的测量基。此外，这种攻击不会对传输的信息引入任何错误，因此不会被Alice和Bob发现。详细描述了攻击策略，并给出了正确性证明.最后讨论了协议不安全性的根源和改进的可能途径。
2011-04-20 quant-ph
Fault tolerant quantum key distribution based on quantum dense coding with collective noise
根据量子密集编码的思想，提出了两种抵抗两种集体噪声的鲁棒量子密钥分发协议。三个量子比特纠缠态被用作量子信息载体，其中两个量子比特形成逻辑量子比特，该量子比特不受一种特殊类型的集体噪声的影响。信息通过四个幺正操作编码在逻辑量子比特上，两个物理量子比特的Bell态分析和另一个物理量子比特的单光子测量可以忠实地读出，而不是三光子联合测量。通过噪声信道传输两个物理量子比特，忠实而安全地交换两个比特的信息。当噪声信道中的损耗较低时，这些协议原则上可以用于直接传输秘密消息。
2010-01-12 quant-ph
Quantum key distribution overcoming extreme noise: simultaneous subspace coding using high-dimensional entanglement
高维纠缠有望增加光子的信息容量，并且现在常规地利用单光子的时空自由度产生。这些系统的一个奇怪的特征是，尽管数据中存在强烈的噪声，但仍有可能证明纠缠。我们表明，它也可以利用这种嘈杂的高维纠缠量子密钥分发通过引入一个协议，同时使用多个子空间的高维系统。我们的协议可以用来建立一个秘密的密钥，即使在非常嘈杂的实验条件下，量子位协议失败。为了证明这一点，我们分析了我们的协议的噪声模型的性能，适用于两个最常用的高维纠缠源：时间仓和空间模式。
2021-03-10 quant-ph
On the implementation of a deterministic secure coding protocol using polarization entangled photons
本文提出了一种基于乒乓编码协议的量子密钥分发（QKD）的确定性信息编码的原型实现方案[K. Bostroem，T. Felbinger，Phys. Rev. Lett. 89（2002）187902-1]。由于该协议的确定性，与非确定性协议相比，对后处理密钥的需求明显减少。在我们的实现过程中，我们分析了协议的实用性，并讨论了在这样一个确定性的计划信息传输的一些安全方面。
2008-07-21 quant-ph
Practical Phase-Coding Side-Channel-Secure Quantum Key Distribution
CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息重点实验室，中国科学技术大学）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理学前沿卓越中心，中国科学技术大学）；State Key Laboratory of Cryptology（密码学国家重点实验室）
针对量子密钥分发中的设备漏洞，提出相位编码侧信道安全（PC-SCS）协议，免疫源端不相关侧信道和测量端漏洞，仅需调制两相位，可实现300公里传输距离。
2023-05-29 quant-ph
Single-photon-detection attack on the phase-coding continuous-variable quantum cryptography
使用零差检测和弱相干态的相位编码量子密码方案[Hirano等人，Phys.Rev.A68，042331（2003）]从实验方面提供了最简单的连续变量量子密钥分发方案。然而，实际系统的固有损耗不仅会增加误码率，而且会影响最终密钥的安全性。在本文中，我们提出了一个单光子检测攻击，然后在某些参数制度的最终密钥的安全性将受到损害。我们的研究结果表明，Eve引起的BER可以低于固有的BER引起的系统的损失在某些参数制度。此外，我们的攻击给出了该方案的最大通信距离给定的实验参数。
2013-05-26 quant-ph
Side-Information Coding with Turbo Codes and its Application to Quantum Key Distribution
Turbo码是一种功能强大的前向纠错码，其性能接近香农限。Turbo原理可以应用于边信息源编码问题，我们在这里研究它的应用程序中发生的协调问题的连续变量量子密钥分配协议。
2004-06-01 cs.CR cs.IT math.IT
Classical Communication Protocol based on Joint Classical-Quantum Coding
Aalborg University（奥尔堡大学）
该论文提出一种集成经典纠错编码、纠缠分发与超密编码的量子通信协议，通过纠错码减轻暗计数和光子损失，在数据速率和能量效率上超越常规方案，适用于量子局域网短距离链路。
2026-09-15 quant-ph
Reconfigurable frequency coding of triggered single photons in the telecom C--band
在这项工作中，我们展示了可重构的频率操纵的量子态的光在电信C波段。触发的单光子被编码在三个通道的叠加状态，使用由现成的相位调制器创建的高达53 GHz的边带。单光子发射的InAs/GaAs量子点内的骨干光纤网络的透明窗口内的金属有机物气相外延生长。边带的互相关测量证明了单光子性质的保留;这是使用现有电信光纤网络的未来量子技术应用的重要先决条件。
2019-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum authentication scheme based on algebraic coding
本文提出了一类简单而有效的非交互式协议，用于$m$长度的经典消息的量子认证。使用经典线性代数码$C[n,m,t]$对消息进行编码。我们假设Alice和Bob共享一个$n$位的经典密钥$x_{AB}$。Alice根据码字和密钥创建$n$量子位，密钥指示用于创建每个量子位的碱基。量子态通过无噪声的量子信道发送给Bob。我们计算了协议的失败概率考虑几种类型的攻击。
2003-07-15 quant-ph
Phase-coding quantum-key-distribution system based on Sagnac-Mach-Zehnder interferometers
针对光纤双折射和环境偏振扰动问题，提出基于 Sagnac-Mach-Zehnder 干涉仪的偏振不敏感相位编码 QKD 系统，并通过 10 天实验验证其长期稳定、低误码和长距离性能。
2024-10-02 quant-ph
Dimensional advantage in secure information trading via the noisy dense coding protocol
本研究提出高维系统下基于量子密集编码的QKD协议，推导不同纠缠态下的密钥率下界，证明维度提升可增强密钥率与抗噪性，且无用态集合为凸紧集。
2024-09-16 quant-ph
High-efficiency three-party quantum key agreement protocol with quantum dense coding and Bell states
提出了一种高效的三方量子密钥协商协议，利用双光子偏振纠缠Bell态和少量单光子偏振态作为信息载体，并采用量子密集编码的方法来提高其效率。在该协议中，每个参与者执行四个幺正操作之一来将其子密钥编码到通过的光子上，该光子包含两部分，Bell态的第一量子比特和少量单光子态。在协议的最后，所有参与者都可以根据对方公布的很少的信息，同时推导出相同的最终共享密钥。对协议的安全性和效率进行了分析，表明该协议具有较高的效率，能够抵抗外部攻击和内部攻击。因此，我们的协议是一个安全和高效的三方量子密钥协商协议。
2019-04-23 physics.optics quant-ph
Practical Evaluation of Security for Quantum Key Distribution
许多文献在渐近框架下证明了量子密钥分发（QKD）系统的安全性。在有限码长的框架下，安全性的程度还没有得到充分的讨论。然而，为了保证任何实现的QKD系统的要求，需要评估具有有限编码长度的协议。为此，我们推导出窃听者的信息的一个紧的上界。这个界限比现有的界限更好。我们还得到了窃听者的信息的指数率。此外，我们通过使用正态分布来近似我们的边界。
2006-07-08 quant-ph
Secrecy and Robustness for Active Attack in Secure Network Coding and its Application to Network Quantum Key Distribution
在网络编码中，我们讨论了顺序错误注入对信息泄漏的影响。我们表明，当网络中的操作是线性操作时，没有改善。然而，当网络中的操作包含非线性操作时，我们找到了一个反例来改进Eve所获得的信息。此外，我们还讨论了线性网络在保密性和鲁棒性条件下以及仅在保密性条件下的渐近速率。最后，我们将我们的结果应用到网络量子密钥分配，这澄清了网络的类型，使我们能够实现安全的长距离通信通过短距离量子密钥分配。
2018-09-26 cs.IT math.IT quant-ph
Superdense Coding with GHZ and Quantum Key Distribution with W in the ZX-calculus
量子纠缠是量子隐形传态、量子密码等量子协议中的关键资源。然而，纠缠使得狄拉克符号表示的协议难以验证。这就是为什么Coecke和Duncan为量子协议引入了一种图形语言，称为ZX演算。这种图解符号既直观又形式上严格。它是一种简单的、图形化的、高级的语言，强调系统的组成，自然地抓住了量子力学的要点。在作者的硕士论文中，已经证明了超过25个量子协议的ZX演算提供了一个相对简单和更直观的表示。此外，作者开始了将分类量子力学应用于量子安全的任务;早期的工作除了Bennett和Bennard的量子密钥分发协议BB84之外没有涉及任何东西。本文在ZX演算中提出了Greenberger-Horne-Zeilinger态的超密集编码和W态的量子密钥分发。
2012-10-02 cs.CR quant-ph
Theoretical study of polarization tracking in satellite quantum key distribution
自由空间量子密钥分发通常采用基于偏振编码的BB84和B92协议。偏振跟踪技术是星载量子密钥分发的关键技术之一。由于卫星的运动会改变光子的偏振态，因此发射机和接收机都需要具有跟踪偏振方向变化的能力，以实现量子密码协议。分析了基于法拉第效应和半波片的偏振跟踪原理。给出了6种光子偏振态在3种共轭基中的变换，分析了BB84和B92协议中基于偏振跟踪的量子密钥编码原理。
2005-04-11 quant-ph
Experimental implementation of time-coding quantum key distribution
我们已经实现了一个实验装置，以证明时间编码协议的可行性量子密钥分发。爱丽丝在853 nm处产生相干的20 ns微弱光脉冲。它们以0 ns（编码位0）或10 ns（编码位1）的延迟发送给Bob。鲍勃随机地将接收到的脉冲引导到两个不同的手臂。在第一个中，300 ps分辨率的Si光子计数器允许Bob精确测量每个光子的检测时间，以建立密钥。将它们与Alice发送的脉冲的发射时间进行比较，可以评估量子误码率（QBER）。获得的最小QBER为1.62%。Eve可以利用设置中可能的相干性损失来窃听线路。因此，Bob装置的第二个臂是一个Mach-Zender干涉仪，两个路径之间的传播延迟为10 ns。输出光束的对比度测量允许测量接收脉冲的自相关函数，该函数表征其平均相干性。在理想设置的情况下，Alice发送的脉冲的预期值为0.576。脉冲自相关函数的实验值为0.541。知道所产生的相干性损失和测量的QBER，可以评估在拦截-重发攻击的情况下以及在具有插入的攻击的情况下Alice和Eve之间的互信息以及Alice和Bob之间的互信息。根据我们的值，Bob在Eve上具有每脉冲0.43比特的优势。Bob和Eve的相等信息对应的最大可能QBER为5.8%。在850 nm处的光纤通常衰减的情况下，它表明安全的密钥分发可能达到2.75 km的距离，这对于本地链路来说是足够的。
2006-01-11 quant-ph
Simple rate-adaptive LDPC coding for quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）虽然源于量子理论的发展，但实际的QKD系统的实现过程涉及到大量的经典过程，如密钥协调和隐私放大，即后处理。后处理是实现高速量子密钥分配系统的关键环节，也是实现高速量子密钥分配系统的瓶颈。低密度奇偶校验（LDPC）由于其在处理吞吐量方面的良好性能，正成为克服瓶颈的一种很有前途的方法。在这篇文章中，我们提出并模拟了一个易于实现，但有效的速率自适应LDPC编码的和解方法，不同于以前提出的打孔和缩短为基础的方法。我们也给出了一个措施，选择最佳的LDPC参数，我们的速率自适应方法，根据错误率。
2015-05-24 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum cost of dense coding and teleportation
量子代价是衡量量子协议质量的一个重要指标。证明了d维密集编码协议在传输经典消息（0，0）时的量子代价为d+3，在传输其它经典消息时的量子代价为d+4.它似乎与维度呈线性增长，因此对实现有意义。相比之下，高维隐形传态协议的量子成本等于13，这是二维情况下成本的最大值。作为应用，我们在四种典型的噪声场景下建立了密集编码协议的量子代价和保真度之间的关系。
2022-02-25 quant-ph
Three-intensity decoy state method for device independent quantum key distribution with basis dependent errors
研究了在有限资源条件下，当诱骗态方法中只有3个不同的态，且存在基相关编码错误时，与测量设备无关的量子密钥分发（MDIQKD）的实现.给出了三态双脉冲源的诱骗态方法的一般公式，该公式可应用于最近提出的具有非理想单光子源（如相干态或参量下转换的预示态）的MDIQKD.我们指出，现有的结果与源编码错误的安全量子密钥分配并不总是成立。我们发现不需要非常准确的源编码。特别地，对于安全的QKD，我们将现有结果的精度放宽了几个数量级。
2013-06-04 quant-ph
Time-Entanglement QKD: Secret Key Rates and Information Reconciliation Coding
在基于时间纠缠的量子密钥分配中，Alice和Bob通过时间合并从纠缠光子对的到达时间中提取原始密钥比特。它们中的每一个都单独地将时间离散化到仓中，并将它们分组到帧中。它们只保留具有单个占用箱的帧。因此，Alice和Bob可以使用帧内占用的bin的位置来生成随机密钥位，如PPM调制中那样。由于纠缠，他们占用的垃圾箱和他们的钥匙应该是相同的。然而，实际的光子探测器遭受时间抖动误差。这些错误导致Alice和Bob的密钥之间的差异。Alice通过公共信道向Bob发送信息以协调密钥。信息量决定了秘密密钥速率。本文计算了秘密密钥率可能与检测器抖动错误和构造代码的信息协调，以接近这些率。
2023-01-01 cs.IT math.IT quant-ph
Advantage of the key relay protocol over secure network coding
本文严格比较KRP与SNC，证明在同一图上某些KRP具有更高安全性，并揭示KRP等价于加入免费公共信道后的广义SNC。
2022-04-19 cs.IT math.IT quant-ph
A scalable network for simultaneous pairwise quantum key distribution via entanglement-based time-bin coding
提出了一种可扩展的星形量子密钥分发（QKD）光纤网络。我们使用宽带光子对的波分解复用（WDM）来同时在多对参与者之间建立密钥交换。我们的QKD系统是第一个使用BBM 92时间仓编码的四个参与者的基于纠缠的网络，也是第一个仅通过基于光子到达时间的时钟恢复实现定时同步的网络。我们演示了任何可能的参与者组合之间的同时二分密钥交换，并表明量子误码率（QBER）本身可以用来通过小的温度调整来稳定干涉仪中的相位。密钥分发对网络中的偏振波动不敏感，即使在具有挑战性的环境条件下也可以使用部署的光纤进行密钥分发。我们表明，我们的网络可以很容易地扩展到34个参与者通过使用一个标准的阵列波导光栅的WDM与100 GHz的信道间隔和可重构的网络连接是可能的波长选择开关。在现场测试中，我们展示了6.3 bit/s的安全密钥速率，QBER为4.5%，总光纤长度为108 km，两个参与者之间部署了26.8 km的光纤，具有高稳定性。我们的系统具有相对简单的接收器模块设计，并且能够在没有可信节点的情况下将QKD网络扩展到超过100 km的距离和超过100个用户。利用这样的网络，可以建立大城市规模的安全通信基础设施。
2022-04-27 physics.optics quant-ph
Second-order coding rates for key distillation in quantum key distribution
传统上对量子密钥分发的安全性分别在渐近和非渐近两种情况下进行分析。在本文中，我们提供了这两个制度之间的桥梁，通过确定二阶编码率的量子密钥分发下的集体攻击的密钥蒸馏。我们的主要结果是一个公式，从已知的渐近公式的关键蒸馏-我们的公式结合了可靠性和安全性的协议，以及互信息方差的合法接收器和窃听器的特征退避。为了确定针对集体攻击的安全密钥速率，应该对窃听者的Holevo信息和Holevo信息方差进行联合优化。我们通过分析几个例子来展示如何做到这一点，包括六态、BB84和连续变量量子密钥分发协议（最后一个协议涉及相干态的高斯调制和外差检测）。本文的技术贡献包括固定边际的复合量子窃听信道上的私密通信的一次和二阶分析以及固定边际的复合量子窃听源上的密钥提取。我们还建立了作用在可分Hilbert空间上的量子态的光滑最大相对熵的二阶渐近性，并导出了高斯态系综的Holevo信息方差公式.
2021-07-26 cs.IT math-ph math.IT
Problems in application of LDPC codes to information reconciliation in quantum key distribution protocols
量子密钥分配协议中的信息协调可以与协议中的其他步骤分开研究。信息协调问题可以归结为分布式信源编码问题。介绍了LDPC码在解决该问题中的应用。我们列出了一些障碍，阻止基于LDPC的分布式信源编码成为一个更有利的替代级联协议的量子密钥分配协议中的信息协调。这种解释不需要量子理论的知识。
2009-09-13 cs.CR cs.IT math.IT
Phase coding semi-quantum key distribution system based on the Single-state protocol
South China Normal University（华南师范大学）；Guangdong Technology College（广东技术师范学院）
针对单态协议半量子密钥分发中经典用户操作困难及“标记”攻击漏洞，提出“选择性调制”方法并实现100MHz相位编码系统，实验验证了可行性、稳定性及抗攻击能力。
2026-05-23 physics.optics quant-ph
QKD Based on Time-Entangled Photons and its Key-Rate Promise
为了实现安全的实用系统，量子密钥分配（QKD）必须在长距离上提供高的密钥速率。基于时间纠缠的量子密钥分发与其他量子密钥分发方案相比，有望提高秘密密钥速率和分发距离。本文介绍了量子密钥分发协议的主要步骤，重点介绍了基于高维时间仓纠缠光子的量子密钥分发技术。我们概述了国家的最先进的信息和编码理论的角度来看。特别是，我们讨论了由于单光子探测器的缺陷的关键率损失。我们希望本文提出和讨论的开放性问题将激励信息和编码理论家为新兴的量子应用做出贡献并影响未来的量子通信系统。
2023-03-03 cs.IT math.IT quant-ph
