A Security-Aware Nonlinearity Study of FPGA-Based Time-to-Digital Converters for Quantum Key Distribution Systems
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文研究FPGA基时间到数字转换器的非线性对量子密钥分发系统定时指标的影响，提出基于LUT辅助延迟塑造的缓解策略，降低非线性导致的误码率并提升密钥分量。
2026-03-31 cs.AR quant-ph
Quantum random number generation for 1.25 GHz quantum key distribution systems
量子密钥分发（QKD）系统的安全性证明通常假设用户可以访问完全随机的源。最先进的QKD系统在GHz范围内的频率下运行，需要持续GHz的量子随机数生成和获取速率。在本文中，我们演示了这样一个高速随机数发生器。熵源是基于放大的自发发射从掺铒光纤，这是直接收购使用标准的小形状因子可插拔（SFP）模块。该模块连接到QKD系统的现场可编程门阵列（FPGA）。在FPGA中实现了一个实时随机性提取器，并实现了可证明随机位的1.25 Gbps的持续速率。
2015-04-29 quant-ph
Power-consumption Backdoor in Quantum Key Distribution
Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本技术学院，里斯本大学）；Physics of Information and Quantum Technologies Group, Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados (CeFEMA)（信息与量子技术组，先进材料与工程物理中心）；PQI — Portuguese Quantum Institute（葡萄牙量子研究所）；Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学信息工程系）；Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores – Investigação e Desenvolvimento (INESC-ID)（系统工程与计算机研究所-研究与开发）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦量子技术中心，帕多瓦大学）
本文提出了一种针对QKD系统的功率侧信道分析，通过利用电子驱动器的功率消耗泄露密钥信息，实验显示在100 MHz频率下预测准确率达73.35%。
2025-03-14 quant-ph
User-independent optical path length compensation scheme with sub-ns timing resolution for 1xN quantum key distribution network system
量子密钥分发（QKD）网络是安全通信的一种很有前途的解决方案。除了传统的点对点QKD之外，我们还开发了具有亚ns分辨率光程长度补偿方案的1xN QKD网络系统。采用一种实用的即插即用的QKD体系结构和基于现场可编程门阵列（FPGA）的紧凑型时序控制模块，实现了1 × 64 QKD网络系统的长期稳定运行。使用这种架构，64个用户可以同时与一台服务器共享密钥，而无需使用复杂的软件算法和昂贵的硬件。我们演示了使用城域光纤网络的1x4 QKD网络系统的工作。
2020-01-03 quant-ph
High-throughput decoder of quasi-cyclic LDPC codes with limited precision for continuous-variable quantum key distribution systems
连续变量量子密钥分发（CV-QKD）系统的密钥传输速率可达Mbps以上，但由于后处理过程中纠错译码的吞吐量限制，不能进行实时后处理。本文首次提出并实现了一种基于FPGA的高吞吐量准循环LDPC译码器，以支持CV-QKD的Mbps实时密钥速率生成。针对由于解码精度的限制而导致的误帧率高的问题，提出了一种剩余比特纠错算法。具体而言，在商用FPGA上实现了典型码率为0.2和0.1的CV-QKD系统的实时高速解码，分别获得了360.92Mbps和194.65Mbps的吞吐量，在典型传输距离为25 km和50 km的情况下，可以分别支持17.97Mbps和2.48Mbps的密钥速率的实时生成。该方法为安全城域网中的高速率实时CV-QKD部署奠定了基础。
2022-07-05 quant-ph
FPGA-based Toeplitz Strong Extractor for Quantum Random Number Generators
本文在FPGA上实现了用于QRNG后处理的Toeplitz强提取器，达到26.57 Gbps基准提取速度，并通过NIST STS 2.1.2测试验证了处理自研相位噪声QRNG原始数据的输出随机性。
2025-05-03 quant-ph
Real-Time VPN Traffic over ETSI GS QKD 014 Key Delivery with a LuxQuanta NOVA QKD Platform
FBTER（联邦技术教育学院）；FIEB（巴伊亚基金会）
研究基于ETSI GS QKD 014 API用QKD派生密钥构建VPN原型，用AES-256-GCM加密IP流量等，经模拟器验证后在特定设备上测试，成功连续八小时传输双向实时音视频流量，展现经典VPN与QKD集成可行性。
2026-07-09 cs.CR quant-ph
High-speed and high-performance polarization-based quantum key distribution system without side channel effects caused by multiple lasers
在基于高速偏振的BB84量子密钥分发（QKD）系统中，通过增加直流偏置电流，可以消除多个激光二极管随机产生比特所引起的光子脉冲的时间不一致和强度起伏等边信道效应.然而，在高直流偏置电流下由自发发射过程引起的背景光子降低了QKD系统的性能。在这项研究中，我们调查，为第一次，自发发射的光子对系统性能的影响，在高速QKD系统在400 MHz的时钟频率。此外，我们进一步展示了系统性能的改善，没有边信道的影响，利用时域滤波技术与实时FPGA信号处理。
2017-11-22 quant-ph
Measurement-device-independent quantum key distribution: from idea towards application
我们评估我们的量子密钥分发（QKD）系统实现测量设备无关（MDI）协议使用不同的功能，如不同的单光子探测器和量子位制备硬件组件的整体性能。我们的实验结果表明，超导纳米线单光子探测器允许QKD超过一个通道具有60 dB的损失，和QKD超过每秒600位的秘密密钥（不考虑有限的密钥效应）超过16 dB的损失通道。这分别相当于300公里和80公里的标准电信光纤。我们还证明，我们的QKD系统集成到基于FPGA的硬件（而不是最先进的任意波形发生器）不会影响其性能。我们的调查使我们能够更好地了解复杂性，成本和系统性能之间的权衡，这是未来定制MDI-QKD所需的。考虑到我们的系统可以在实验室外通过部署的光纤进行操作，我们得出结论，MDI-QKD是一种很有前途的方法，以信息理论的安全密钥分配。
2015-01-28 quant-ph
Integrating a QPSK Quantum Key Distribution Link
我们提出了集成的光学和电子子系统的BB84-QKD光纤链路。采用APD检测器，利用高速FPGA调制解调器产生用于光纤延迟自零差方案的随机QPSK序列。
2006-11-09 quant-ph
A cost-effective measurement-device-independent quantum key distribution system for quantum networks
我们实验实现了一个测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）系统的基础上，成本效益和商业可用的硬件，如分布式反馈（DFB）激光器和现场可编程门阵列（FPGA），使时间仓量子比特的准备和时间标记，和主动反馈系统，允许通过部署的光纤传输后的光子的时变特性的补偿。我们检查我们的系统的性能，并得出结论，它的设计不影响性能。我们的演示为基于MDI-QKD的星型拓扑量子网络铺平了道路，其距离超过100公里。
2017-02-16 quant-ph
Clock offset recovery with sublinear complexity enables synchronization on low-level hardware for quantum key distribution
Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich-Hertz-Institut, HHI（弗劳恩霍夫电信研究所，海因里希·赫兹研究所）
iQSync通过子线性复杂度实现低层硬件上的量子密钥分发同步，适用于高损耗和低信噪比环境。
2024-04-08 quant-ph
Simple and Rigorous Proof Method for the Security of Practical Quantum Key Distribution in the Single-Qubit Regime Using Mismatched Basis Measurements
提出一种计算离散变量QKD实用实现安全密钥率的简单方法，并在单量子比特无损机制下严格证明其无条件安全性，旨在为QKD实用实现的分析与标准化提供标准工具。
2023-07-03 cs.CR quant-ph
Ultrafast quantum key distribution using fully parallelized quantum channels
量子信息处理领域提供了受量子力学定律保护的安全通信，并且即将发现敏感数据的信息传输的更广泛应用。为了克服成本效率不足的障碍，正在对使用量子密钥分发（QKD）的高数据吞吐量所需的许多组件进行广泛的研究。针对一个面向应用的解决方案，我们报告了一个多通道QKD系统的实现，即插即用的高带宽安全通信在电信波长。为此，机架大小的多通道超导纳米线单光子探测器（SNSPD）系统，以及一个高度并行化的时间相关单光子计数（TCSPC）单元已被开发和链接到FPGA控制的QKD评估设置允许连续操作，并实现高秘密密钥速率使用相干单向协议。
2022-07-19 physics.app-ph quant-ph
QKD in Standard Optical Telecommunications Networks
为了执行量子密钥分发，需要掌握由量子信道承载的极弱信号。无干扰地传输这些信号通常通过使用专用物理信道将量子信道与任何噪声源隔离来完成。然而，为了真正从这种技术中获益，与传统网络技术的完全集成将是非常可取的。试图将单光子信号与其他携带平均功率大许多数量级的信号一起使用，同时与传统网络共享尽可能多的基础设施，这会带来明显的问题。本文的目的是报告我们的努力，在现代光网络的情况下，量子密钥分配的集成的限制研究。我们已经建立了一个完整的城域网试验平台，包括骨干网和接入网。重点是尽可能多地使用与已经安装的网络中实际使用的相同的工业级技术，以了解在真实网络中部署QKD的吞吐量，限制和成本。
2010-06-18 cs.CR quant-ph
Random coding for long-range continuous-variable QKD
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本文提出了一种适用于长距离高斯调制连续变量QKD的随机码本纠错方法，通过似然比评分和阈值块拒绝实现高效实时纠错，预测密钥率优于现有方案。
2025-12-17 cs.CR quant-ph
AML-QKD: Adaptive Machine Learning Framework for Real-time Parameter Tuning in QKD
Hamad Bin Khalifa University（哈马德·本·哈利法大学）
提出AML-QKD框架，集成时间卷积网络和近端策略优化智能体，在BB84、E91和COW协议中实时调优参数以最大化安全密钥率并最小化量子比特错误率，仿真显示中位SKR提升14-25%，QBER从3.0%降至1.5%，并探索了量子强化学习在纠缠协议中的优势。
2026-06-01 quant-ph
Advantages of Asynchronous Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution in Intercity Networks
本研究评估诱骗态异步MDI-QKD的实际应用特性，分析其最优诱骗态计算方法及非对称信道、多用户网络的影响，仿真证实其在50-480公里距离下密钥率优于同类协议，可支撑实时一次一密视频加密，为城际量子密钥网络落地提供依据。
2023-07-24 cs.CR quant-ph
Co-propagation of Classical and Continuous-variable QKD Signals over a Turbulent Optical Channel with a Real-time QKD Receiver
该研究在湍流自由空间链路中实现经典与连续变量 QKD 信号共传，利用基于 GPU 的实时接收机验证不同湍流下的量子信号完整性，并取得高吞吐量与创纪录密钥率。
2024-01-19 eess.SP quant-ph
Real-time diagnostics on a QKD link via QBER Time Series Analysis
本文提出一种基于QBER和SKR时间序列的监督式机器学习方法，用于实时识别城域光网络中QKD量子信道所受的各类损伤，无需干预QKD系统，为网络运维和密钥管理提供支持。
2024-09-05 quant-ph
Adaptive Techniques in Practical Quantum Key Distribution
量子密钥分发（QKD）可以提供信息理论上安全的通信，是下一代密码学的有力候选者。然而，在实践中，QKD的性能受到现实源、通道和探测器中的“实际缺陷”的限制（例如来自源的多光子分量或不完美编码、通道中的损耗和未对准、或探测器中的暗计数）。解决这些实际缺陷是实现具有良好性能的QKD协议的关键部分。QKD有两个非常重要的未来方向：（1）自由空间上的QKD，它可以允许移动平台之间的安全通信，如手持系统，无人机，飞机，甚至卫星，以及（2）基于光纤的QKD网络，它可以同时为任意位置的众多用户提供QKD服务。这些方向都是非常有前途的，但到目前为止，它们受到通道和设备中实际缺陷的限制，这带来了巨大的挑战并限制了它们的性能。在本论文中，我们开发了具有创新协议和算法设计的自适应技术，以及机器学习等新技术，以解决其中一些关键挑战，包括（a）自由空间QKD信道中的大气湍流，（b）QKD网络信道中的非对称损耗，以及（c）实时有效的参数优化，这对自由空间QKD和QKD网络都很重要。我们相信，这项工作将铺平道路，在未来的自由空间量子密钥分配和基于光纤的量子密钥分配网络的重要实现。
2020-04-23 quant-ph
Finite key analysis of experimentally realized practical COW-QKD protocol
Jaypee Institute of Information Technology（贾伊皮斯信息技术学院）；Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院卢克诺）
本文提出了一种用于分析COW-QKD协议有限密钥率的框架，并展示了在中距离光纤传输中该协议的安全性。
2026-02-26 quant-ph
Realizing downstream access network using continuous-variable quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）技术能够在两个合法参与者之间安全地分发对称密钥，在未来的网络安全中具有重要意义。通过一个网络骨干连接多个终端用户的接入网络可以与QKD相结合，以可扩展和具有成本效益的方式为终端用户构建安全性。虽然以前的QKD接入网络都是在上行方向实现的，但本文证明了下行接入网络也可以使用连续变量（CV）QKD来构建。详细分析了CV-QKD下行接入网络的安全性，证明了该安全性分析对网络中的其他方是安全的。我们证明的安全性分析对应于下游接入网络，其中仅被动分束器足以分发量子信号，并且不需要其他主动控制。此外，标准CV-QKD系统可以直接安装在下游接入网络中，这使得它更适用于实际实现。大量的仿真结果证明了CV-QKD下游接入网络的性能，其中多达64个终端用户被证明是可行的访问网络。本文的工作为在下游接入网中实现QKD提供了一个安全分析框架，为构建实用的QKD网络提供了多样性。
2021-07-05 quant-ph
Prefixed-threshold Real-Time Selection for Free-Space Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
测量设备无关（MDI）QKD消除了QKD中的检测器侧信道，并允许两个用户之间的不可信中继。一个理想但极具挑战性的应用是通过自由空间信道实现MDI-QKD。大气湍流是影响自由空间MDI-QKD安全密钥传输速率的主要因素之一。在这项工作中，我们展示了两个重要的结果：第一，在两个信道中的透射率的独立波动可以显着降低MDI-QKD性能由于双折射引起的信道不对称性。其次，我们考虑了我们以前引入BB84的前缀实时选择（P-RTS）方法，并将其扩展到MDI-QKD。用户可以监控其信道中的经典透射率，并通过基于预先计算的阈值实时后选择信号来提高性能。我们可以在Alice和Bob之间建立一个二维阈值来实时地后选择具有高信噪比和低信道不对称性的信号，并且极大地扩展了存在湍流的MDI-QKD的最大范围，这可以是未来自由空间MDI-QKD实验的重要一步。
2019-10-22 quant-ph
Multi-mode CV-QKD with Non-Gaussian Operations
近年来，非高斯操作由于其能够提高某些CV-QKD协议的密钥速率而得到了广泛的研究。然而，大多数以前的研究，这样的协议是在一个单一的模式设置，即使在现实中的任何量子态包含在频率空间的多模分量。在这项工作中，我们研究了非高斯操作在多模CV-QKD系统中的使用。我们的主要发现是，与单模CV-QKD系统相反，在通用多模CV-QKD系统中，可以使用非高斯运算来增加优化的密钥速率。更具体地说，我们发现，在30 dB量级的损耗下，这代表了160 km量级的距离和CV-QKD的有效最大距离，多模非高斯操作的密钥速率可以比单模操作高出几个数量级。我们的研究结果是重要的现实世界的CV-QKD系统，特别是那些依赖于量子纠错-一个过程，需要非高斯效应。
2019-11-23 quant-ph
Security of entanglement-based QKD with realistic parametric down-conversion sources
本文针对实用纠缠QKD中自发参量下转换源产生多光子态的问题，证明该效应不会损害BBM92/纠缠BB84协议的安全性，并指出纠缠源性质与安全性退化无关。
2023-07-04 physics.optics quant-ph
Resource-Efficient Real-Time Polarization Compensation for MDI-QKD with Rejected Data
针对MDI-QKD偏振补偿需中断流程或额外资源的问题，提出利用丢弃的诱骗态探测事件实时评估偏振漂移的补偿方案，在40km光纤4小时内漂移低于0.13rad，实现3.8%误码率与7.45×10^{-6}比特/脉冲的密钥速率，提升资源效率。
2024-04-23 quant-ph
Trusted Node QKD at an Electrical Utility
在关键基础设施保护应用中部署量子密钥分发（QKD）系统所面临的挑战包括光丢失密钥率权衡、网络客户端的添加以及供应商特定QKD硬件的互操作性。在这里，我们解决了这些挑战，并提出了三个QKD系统在现实世界的电力公司光纤网络上最近的现场演示结果。
2021-03-17 quant-ph
High-Fidelity Coherent-One-Way QKD Simulation Framework for 6G Networks: Bridging Theory and Reality
TECNALIA, Basque Research and Technology Alliance (BRTA)（巴斯克研究与技术联盟）；InnoCube P.C.（InnoCube公司）；University of Western Macedonia（西马其顿大学）；University of Thessaly（色萨利大学）
针对6G网络中QKD设备昂贵、设计工具缺乏的问题，本文提出高保真COW-QKD仿真框架，定义QBER与密钥率指标，并通过三种传输距离及有无窃听者的真实实验验证其准确性。
2025-01-21 cs.SY eess.SY quant-ph
Fundamental And Practical Problems of QKD Security - the Actual and the Perceived Situation
量子密钥分发（QKD）被广泛认为是无条件安全的，适用于各种现有的实验方案的现实模型。在这里，我们简要总结了为什么不是这样的情况下，从基本的定量安全和适用的安全分析模型的角度来看，与一些道德得出。
2012-06-04 quant-ph
Real-Time Polarization Control for Satellite QKD with Liquid-Crystal Beacon Stabilization
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Quantum Optics Jena（耶拿量子光学）
本文提出基于液晶可变 retarders 的紧凑快速偏振补偿方法，利用共传播经典参考信号实现实时偏振跟踪，实验表明在有限测量下可实现高精度偏振估计，同时分析液晶开关动态对QKD性能的影响，展示其在卫星QKD中的有效性。
2026-05-10 quant-ph
Field and long-term demonstration of a wide area quantum key distribution network
介绍了在中国移动通信有限公司提供的通信基础设施上实现的一个广域量子密钥分发（QKD）网络。三个城市和两个都市圈QKD网络相连，形成覆盖面积超过150公里的合肥-巢湖-芜湖广域QKD网络，其中合肥都市圈QKD网络是典型的全网状核心网络，提供全对全的互联，而芜湖都市圈QKD网络是代表性的点对多点配置的量子接入网络。从2011年12月21日到2012年7月19日，整个广域QKD网络运行了5000多个小时，部分网络直到去年12月才停止。为了适应复杂多变的现场环境，在设计QKD器件时，采用了法拉第-迈克尔逊量子密钥分配系统，并采取了多种稳定措施。通过QKD设备的标准化设计、QKD设备对称性问题的解决以及动态QKD网络中的无缝切换，实现了点对点QKD技术与组网方案的有效结合。
2014-09-10 cs.CR physics.optics quant-ph
Reference-frame-independent measurement-device-independent quantum key distribution with imperfect sources
与参考系无关、与测量设备无关的量子密钥分发（RFI-MDI-QKD）可以消除所有潜在的检测器侧信道攻击，并且不需要实时校准参考系。然而，所有先前的RFI-MDI-QKD实现都假设源中的完美状态准备，这是不切实际的，并且可能导致安全漏洞。在这里，我们提出了一个RFI-MDI-QKD协议，这是强大的状态准备缺陷。与传统的六态RFI-MDI-QKD方案相比，该方案只需要四个有缺陷的状态即可实现，提高了RFI-MDI-QKD方案的实际安全性，简化了实验实现。此外，仿真结果表明，Z基源缺陷对RFI-MDI-QKD性能有不利影响，而X和Y基源缺陷几乎没有影响。希望本文的工作能为RFI-MDI-QKD的实际实现提供有价值的参考。
2021-02-21 quant-ph
Long-term Performance Analysis of a Commercial QKD Device Under Real-world Deployment Conditions
Military Institute of Engineering (IME)（军事工程学院）；Embrapii Competence Center in Quantum Technologies (QuIIN), SENAI CIMATEC（量子技术能力中心（QuIIN），SENAI CIMATEC）；Institute of Computing (IComp), Federal University of Amazonas（亚马逊联邦大学计算研究所）
本文研究了ID Quantique的Clavis XGR在巴西Hermes量子网络中的长期性能，分析了其在不同光纤链路下的密钥率、量子比特误码率、可见性和探测计数等关键指标，揭示了热带气候下商业QKD系统在实际部署中的表现和热瓶颈。
2026-05-19 quant-ph
Weak randomness completely trounces the security of QKD
在通常的量子协议的安全性证明中，对手（Eve）被期望对任何通信方（Alice和Bob）之间的任何量子通信具有完全控制权。Eve还可以完全访问Alice和Bob之间的经过认证的经典信道。即使在设备和信道不完善的现实环境中，也可以证明对Eve的任何攻击的无条件安全性。在这封信中，我们表明，如果允许Eve对Alice使用的随机源进行非常有限的访问，QKD协议的安全性就会被破坏。这种知识应该总是在现实的实验条件下通过不同的侧通道预期。
2012-06-09 quant-ph
Chip-Scale Transmitter Module for Real-Time Continuous-Variable QKD
KEEQuant GmbH（KEEQuant有限公司）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
利用芯片级混合发射器（微光学外腔激光器与单片光子集成IQ调制器）实现实时CV-QKD系统，在102公里光纤上生成安全密钥，光学体积减少95%。
2026-06-23 physics.optics quant-ph
Field Test of Twin-Field Quantum Key Distribution through Sending-or-Not-Sending over 428 km
量子密钥分发使人们在通信中获得了信息理论上的安全。双场量子密钥分发（TF-QKD）由于其在长距离下的优异的密钥传输率而受到广泛关注。最近，TF-QKD的几个演示已经实现。尽管如此，这些实验都是在实验室中进行的，关于TF-QKD在现实世界中是否可行仍然是一个关键问题。采用主动奇奇偶配对（AOPP）方法，采用发送或不发送双场量子密钥分配（SNS-TF-QKD），在428 km商用光纤上进行了现场测试，两个用户在直线上物理距离约300 km。为此，我们明确地测量了部署光纤的相关特性，并开发了一个精心设计的高稳定性系统。我们实现的安全密钥速率突破了无中继QKD的绝对密钥速率限制。这一结果为TF-QKD和各种光纤QKD系统的现场测试提供了新的距离记录。我们的工作弥补了实验室演示和实际应用之间的差距，为具有高速和测量设备无关安全性的城际QKD网络铺平了道路。
2021-01-01 quant-ph
Quantum cryptography: theory and practice
在量子密钥分发（QKD）实验中，广泛使用的是一种产生弱相干态的高衰减激光脉冲。弱相干态具有多光子成分，这为复杂的窃听者打开了安全漏洞。通过对硬件的微小调整，我们证明了诱饵态方法可以弥补这个漏洞，并大大提高QKD的性能。我们还提出了一些实用的诱饵状态协议，研究统计波动和进行实验演示。此外，我们还将基于双向经典通信的纠缠蒸馏协议中的方法应用于诱饵态量子密钥分发的性能改进。此外，我们还研究了其他单光子源的诱骗态方法，如触发参量下转换（PDC）源。我们提出了一种基于PDC源的基于纠缠的QKD模型和后处理方案。虽然提出的模型来研究基于纠缠的QKD，我们强调，我们的通用模型也可能是有用的其他非QKD实验涉及PDC源。通过模拟真实的PDC实验，我们证明了基于纠缠的QKD方案比基于单光子的QKD方案可以获得更长的最大安全距离。我们提出了一种利用量子密钥分发系统中两个单光子探测器效率失配的时移攻击。这种窃听策略可以通过现有技术实现。本文还讨论了针对这种攻击的对策，并研究了一个采用高效失配检测器的量子密钥分配系统的安全性。
2008-08-10 quant-ph
Real-time operation of a multi-rate, multi-protocol quantum key distribution transmitter
量子密钥分发（QKD）是保护通信免受攻击者攻击的最佳候选方案，攻击者可能在未来利用量子增强的计算能力来破解经典加密。因此，我们需要大规模部署QKD系统，这带来了新的挑战。在现实场景中，来自不同供应商的发送和接收设备应该能够相互通信，而无需匹配硬件。因此，QKD的实际部署将需要能够适应不同协议和时钟速率的硬件。在这里，我们通过提出一个多速率，多协议的QKD发射机链接到相应的自适应QKD接收机来解决这个挑战。通过光注入锁定实现的发射器的灵活性允许我们将其与具有固有不同时钟速率的两个接收器连接。此外，我们展示了我们的发射机的多协议操作，采用不同的解码电路与接收方进行通信。
2021-05-26 quant-ph
Continuous-Variable Quantum Key Distribution with a Real Local Oscillator and without Auxiliary Signals
连续变量量子密钥分发（CV-QKD）是通过相干检测实现的，因此非常适合于成本有效的实现。CV-QKD的主要挑战是在远小于0 dB的信噪比下减轻激光相位噪声。到目前为止，这已经通过远程本地振荡器或辅助信号来实现。我们第一次通过实验证明了CV-QKD可以在没有辅助信号的情况下使用真正的本振进行，这是通过应用机器学习方法实现的。它示出，与大多数建立的离散调制协议，实验系统的工作到量子信道的信噪比为-19.1 dB。实验系统的性能允许CV-QKD在26 km的光纤距离上以9.2 Mbit/s的密钥速率传输。在远程本地振荡器和辅助信号辅助的CV-QKD之后，这可能标志着第三代CV-QKD系统的起点，因为它们几乎与标准相干系统相同，所以对于广泛的实现更有吸引力。
2019-08-02 cs.CR cs.LG eess.SP
Quantum-Space Attacks
理论上的量子密钥分发（QKD）协议通常依赖于量子比特（quantum bits）的使用。然而，在现实中，由于实际的限制，合法用户被迫使用更大的量子（希尔伯特）空间，比如quhexit（量子六维）空间，甚至更大的量子希尔伯特空间。各种特定的攻击利用了这些限制。虽然在一些非常特殊的情况下仍然可以证明安全性，但是仍然缺少考虑这种现实QKD协议以及对这种协议的攻击的一般框架。我们描述了一种攻击现实QKD协议的一般方法，我们称之为“量子空间攻击”。描述是基于对协议实际使用的扩大的量子空间，即“协议的量子空间”的评估。我们证明了这些新的方法，通过分类各种（已知）最近的攻击对几个量子密钥分配方案，并通过分析一种新的攻击基于干涉的量子密钥分配。
2007-11-25 quant-ph
QKD with finite resources: secret key rates via Rényi entropies
现实的量子密钥分发（QKD）协议必须处理有限的资源，例如双方交换的信号的数量。我们推导出一个界的秘密密钥速率表示为一个优化问题的Rényi熵。在集体攻击的假设下，窃听者，一个可计算的估计，我们的上限为六状态协议。与以前的结果相比，这种约束导致改进的关键速率。
2011-05-27 quant-ph
Experimental secure quantum key distribution in presence of polarization-dependent loss
量子密钥分发（QKD）利用量子力学的原理，在理论上是安全的，因此，QKD是未来安全通信的一种很有前途的解决方案。虽然已经报道了几个实验演示的QKD，他们没有考虑偏振相关的损失，在状态准备的密钥速率估计。在这项研究中，我们的实验特点偏振相关的损失在现实的状态准备设备，并验证了一个相当大的PDL存在于光纤和硅基偏振调制器。因此，这种QKD系统的安全性受到损害，因为安全密钥速率高估。此外，我们还报道了一个考虑偏振相关损耗的诱饵态BB84量子密钥分发实验。最后，我们通过应用最近提出的安全证明，在长达75公里的光纤链路上实现了严格的有限密钥安全约束。这项研究考虑了比大多数以前的实验更现实的源缺陷，因此，它是至关重要的，对一个安全的QKD与不完善的实际设备。
2022-01-04 quant-ph
MadQCI: a heterogeneous and scalable SDN QKD network deployed in production facilities
MadQCI通过解耦组件和SDN范式构建了一个部署在生产设施中的异构、可扩展QKD网络，并在近三年的多厂商、多租户真实电信网络测试中验证了其灵活性、可升级性和与现有基础设施的集成能力。
2023-12-03 quant-ph
Security bounds for decoy-state QKD with arbitrary photon-number statistics
诱饵态方法是对量子密钥分发（QKD）协议的标准增强，该协议已经使无数的QKD实验能够使用廉价的光源。然而，新的技术进步可能需要对这种技术进行进一步的理论研究。特别地，诱饵状态方法通常在每个QKD脉冲中的光子数量的泊松统计分布的假设下描述。这是一个实际的选择，因为测量和测量QKD通常是用衰减的激光器实现的，而衰减的激光器正好产生这种分布。然而，不满足这一假设的源不能保证与诱饵状态兼容。在这项工作中，我们提供了安全边界的诱饵态量子密钥分发使用一个源与任意的光子发射统计。我们考虑了无限密钥的渐近极限和有限大小的情况，并评估了两种常见的诱饵状态方案：真空+弱和一个诱饵协议。我们数值评估的性能的界限，比较三个现实的统计分布（泊松，热，二项式），表明它们都是可行的选择QKD。
2021-09-28 quant-ph
Noise characterization for co-propagation of classical and CV-QKD signals over fiber and free-space link
本文研究经典信号与CV-QKD信号共传播时的噪声特性，实验表明实时CV-QKD接收机在12.8 km光纤上可达2.9 Mbit/s密钥率，但高发射功率下串扰导致性能下降。
2024-04-25 quant-ph
Versatile security analysis of measurement-device-independent quantum key distribution
与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）是目前已知的唯一一种能够完全克服检测侧信道攻击的量子密钥分发方案。然而，尽管它的实际重要性，没有标准的方法来证明MDI-QKD的安全性。在这里，我们提出了一个简单的数值方法，可以有效地计算几乎紧的安全边界的任何离散调制MDI-QKD协议。为了证明我们的方法的广泛实用性，我们用它来分析相干态MDI-QKD的安全性，诱饵态MDI-QKD与泄漏源，和双场QKD的变体称为相位匹配QKD。在所有的数值模拟（使用现实的检测模型），我们发现，我们的方法提供了显着更高的秘密密钥速率比目前的安全证明技术。有趣的是，我们还发现，相位匹配QKD仅使用两个相干的测试状态是足够的，以克服量子密钥分配的基本速率距离限制。综上所述，这些发现表明，我们的安全证明方法实现了一个通用的，快速的，可能是最佳的方法对实际MDI-QKD系统的安全验证。
2020-04-24 quant-ph
Quantum key distribution with an efficient countermeasure against correlated intensity fluctuations in optical pulses
量子密钥分发（QKD）允许两个相距遥远的参与方共享秘密密钥，即使存在具有无限计算能力的窃听者，也具有已证明的安全性。最近，GHz时钟诱饵QKD系统已经通过采用超快光通信设备实现。然而，高速系统的安全漏洞尚未得到充分挖掘。在这里，我们指出了一个安全漏洞的GHz时钟QKD的发送端，这是一个常见的问题，在高速QKD系统使用实际的带宽有限的设备。我们在实际的高速量子密钥分发系统中实验观察到了脉冲间强度相关性和与调制模式相关的强度偏差。这种相关性违背了大多数安全理论的假设。我们还提供了它的对策，不需要显着改变的硬件，可以产生密钥安全超过100公里的光纤传输。该方案简单有效，适用于大范围的高速量子密钥分配系统，为实现超高速、安全的商用量子密钥分配系统奠定了基础。
2018-02-19 quant-ph
Measurement-device-independent quantum cryptography
理论上，量子密钥分发（QKD）提供了基于物理定律的信息理论安全。然而，由于现实生活中实现的不完善性，QKD的理论和实践之间存在很大的差距，最近已经被几个量子黑客活动所利用。为了填补这一空白，一种新的方法，称为测量设备无关的量子密钥分配（mdiQKD），已被提出。它可以从测量单元中删除所有的边信道，可以说是QKD系统中最脆弱的部分，从而为安全的QKD实现提供了一条清晰的途径。在这里，我们回顾了mdiQKD框架的最新发展，以及它的假设，优点和缺点。
2015-01-07 quant-ph
Time-frequency Quantum Key Distribution over a Free-Space Optical Link
我们提出了一种实现的时间-频率（TF）的量子密钥分发（QKD）协议主要实现与标准的电信组件在1550 nm。TF-QKD通过时间和频率调制来实现，即脉冲位置调制（PPM）和频移键控（FSK）。时频不确定性关系保证了协议的安全性。我们进一步展示了388米距离上的自由空间光QKD传输。由于QKD设置是基于单模光纤（SMF）的，因此SMF的精确耦合是至关重要的。因此，我们实现了一个光学跟踪系统。QKD信号与用于光学跟踪的强信标进行波长复用。为了分离信标信号和QKD信号，需要强的光谱滤波。与由SMF引起的空间滤波一起，大多数背景光被滤波，从而实现日光QKD传输。
2021-12-08 quant-ph
A simple implementation of quantum key distribution based on single-photon Bell state measurement
近年来，基于单光子贝尔态测量的与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）方案被提出。虽然这些替代方案的安全性不如MDI-QKD，但它们具有传统BB84类协议的高密钥速率的优点，并且避免了MDI-QKD所需的双光子干涉的技术复杂性。然而，与常用的BB84系统相比，这些建议方案的设置相当复杂。在这里，我们提出了一个简单的基于SBSM的QKD的实现，它直接建立在现有的BB84 QKD的实现。我们的建议展示了基于SBSM的QKD和传统的相位编码QKD协议之间的隐藏连接。这一发现揭示了这两种不同类型的QKD协议背后的物理原理。此外，我们通过实验证明了我们的协议的可行性。
2015-05-05 quant-ph
Numerical security analysis for practical quantum key distribution
Vigo Quantum Communication Center, University of Vigo（维戈量子通信中心，维戈大学）；School of Telecommunication Engineering, Department of Signal Theory and Communications, University of Vigo（维戈大学电信工程学院信号理论与通信系）；atlanTTic Research Center, University of Vigo（维戈大学atlanTTic研究中心）
本文提出一种适用于通用相干攻击的有限密钥安全框架，用于评估实际量子密钥分发系统的安全性，考虑了传输和接收端的各种非理想因素。
2026-10-23 quant-ph
One-sided Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
提出了测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）协议，以消除所有检测器侧信道攻击，其安全性依赖于可信的编码系统。本文提出了一种单边MDI-QKD（1 SMDI-QKD）协议，该协议具有无检测漏洞的优点，同时削弱了MDI-QKD中的状态准备假设。1 SMDI-QKD可以看作是一种改进的MDI-QKD，其中Bob的编码系统是可信的，而Alice的编码系统是未表征的。在实际应用中，本文还提出了一种利用相干光源的双诱饵状态估计方法。仿真结果表明，该协议具有良好的性能，可以应用于实际的量子密钥分配应用。
2018-01-17 quant-ph
Mitigating the effect of atmospheric turbulence on orbital angular momentum-based quantum key distribution using real-time adaptive optics with phase unwrapping
量子密钥分发（QKD）采用轨道角动量（OAM）进行高维编码，提高了系统的安全性和通信双方的信息容量。然而，由于OAM状态在大气湍流中的脆弱性，这些优点显著降低。与以往的研究不同，本文首先研究了无限长相位屏（ILPS）对基于OAM的量子密钥分配系统性能的影响，为研究自适应光学（AO）如何实时动态校正相干光引起的像差提供了一种可行的方法。其次，考虑到AO遇到相位切割时的失效，我们评估了在中等湍流强度下，AO实现包裹切割消除后对基于OAM的QKD质量的提高。最后，我们模拟，更现实的考虑，实时AO仍然可以减轻大气湍流的影响，基于OAM的QKD，即使在大风速制度。
2021-04-30 quant-ph
