Quantum utility routing in continuous-variable QKD networks with trusted and untrusted relays
Lahore University of Management Sciences（拉合尔管理科学大学）
本文提出量子效用路由（QUR）框架，将有限尺寸密钥速率直接纳入路由搜索，平衡瓶颈SKR与资源使用，在CV-QKD网络中实现密码性能与资源消耗的可配置权衡。
2026-10-05 quant-ph
A Reconfigurable Relay for Polarization Encoded QKD Networks
提出了一种用于极化编码量子密钥分发（QKD）网络的中继节点重构方法。中继可以在可信和不可信模式之间切换，以适应不同的网络条件、中继距离和安全要求。这不仅扩展了QKD网络运行的距离，而且还实现了点对多点（P2MP）网络拓扑。所提出的架构将昂贵且精密的单光子探测器（SPD）集中在中继节点处，易于维护和冷却，同时简化每个用户节点，使得其仅需要用于低成本量子位制备的商用设备。
2021-06-02 cs.NI physics.app-ph quant-ph
Detecting an Eavesdropper in QKD Without Public Bit Comparison
我们提出了一种方法来确定窃听者在QKD系统中的存在，而不使用任何公共比特比较。Alice和Bob使用双工QKD信道和用于中继的比特传输技术。唯一公开的信息是相应的基础选择，无论如何，这些基础选择必须在标准QKD系统中公开。我们发现，每一个过滤位可以用来确定存在的错误，而不会损害安全性。这是对标准BB84协议中使用随机样本的改进。
2012-03-03 quant-ph
An Information-theoretical Secured Byzantine-fault Tolerance Consensus in Quantum Key Distribution Network
量子密钥分发（QKD）网络有望提供长距离的信息理论安全（ITS）通信。基于QKD网络的可信中继体系结构是目前应用最广泛的方案。然而，这是一个不切实际的假设，所有的中继是完全可信的复杂网络。在过去，只有少数研究从理论上分析了不诚实中继的被动窃听攻击情况和相应的防御方法。然而，我们发现不诚实中继的主动攻击可能更具威胁性。在考虑被动攻击和主动攻击的情况下，将不诚实中继节点视为拜占庭节点，分析了QKD网络所能容纳的拜占庭节点的上限。本文提出了一种基于点对点QKD链路的ITS拜占庭容错（BFT）QKD网络方案来实现端到端的密钥分发。为了保证QKD网络的一致性并提供BFT能力，我们为该网络方案设计了一个ITSBFT共识协议。为了保证一致性的信息论安全性，我们设计了一个基于点对点QKD链路密钥的临时签名方案。为了防止拜占庭节点干扰密钥分发的执行过程，设计了一种结合共识机制的端到端密钥分发方案。从QKD密钥分发安全性、临时签名安全性、一致性安全性和领导者选举公平性四个方面对ITSBFT-QKD网络方案进行了理论分析。仿真结果证明了该方法的可行性和性能。
2022-04-21 cs.NI quant-ph
Enhancing Long-distance Continuous-variable Quantum-key-distribution with an Error-correcting Relay
本研究通过结合噪声less线性放大器和单位元平均协议，提升长距离连续变量量子密钥分发的性能，突破无中继系统的根本速率-距离限制。
2025-12-12 quant-ph
Optimal ratio between phase basis and bit basis in QKD
在原始的BB84协议中，比特基和相位基以相等的概率使用。Lo等人（J. of Cryptology，18，133-165（2005））提出通过增加最终密钥生成速率来修改两个碱基之间的比率。然而，最佳比例尚未得出。在这封信中，为了研究这个问题，两个基地之间的比例进行了优化指数约束夏娃的信息可扩展性和最终的错误概率。
2008-06-04 quant-ph
Relaxing Trust Assumptions on Quantum Key Distribution Networks
本文针对 QKD 网络必须完全信任中继的限制，划分 FAT、PAT、NAT 三级信任模型，并提出面向无访问信任的集中式与去中心化密钥管理方案。
2024-12-03 cs.NI quant-ph
Could Gaussian regenerative stations act as quantum repeaters?
较高的传输损耗降低了光通信的性能|无论是经典或量子数据可以被可靠地发送的速率，还是量子密钥分发（QKD）的安全密钥生成速率。损失随距离增加而增加|在光纤中是指数的，而对于自由空间信道是距离的平方反比。为了在长距离上提高经典通信速率，通常在沿着信道的中间点处引入再生中继。因此，很自然地推测，诸如相位不敏感或相位敏感的光放大器之类的无人值守的再生站是否可以用作长距离QKD的中继器。本文的主要结果排除了所有玻色子高斯信道可用作QKD中继器，其中包括相位不敏感和相位敏感放大器作为特殊情况，对于任何QKD协议。我们还描述了条件下，高斯中继呈现一个有损信道纠缠打破，这反过来又使信道无用的量子密钥分配。
2014-10-02 quant-ph
Field Experimental "Star Type" Metropolitan Quantum Key Distribution Network
量子密钥分发（QKD）网络是近年来研究的热点。由于量子信息的特殊性，构建一个无可信中继的全连通量子密钥分发网络是一个极具挑战性的问题。在这封信中，我们报告的第一个实现的QKD网络没有可信中继，覆盖大城市的商业骨干光纤网络。星型拓扑四用户QKD网络使用量子路由器（QR）自动寻址量子信号，网络中的每个用户都可以同时接收和分发量子密钥。两个地理上分离的节点之间的最长和最短光纤长度分别为42.6km和32km，最大平均量子误码率（QBER）低于8%。这一结果为QKD在现有网络中的应用开辟了新的可能性。
2007-08-27 quant-ph
Distributed Information-theoretical Secure Protocols for Quantum Key Distribution Networks against Malicious Nodes
针对量子密钥分发网络中恶意节点主动攻击的安全威胁，提出基于分布式系统的信息论安全新范式，含分布式认证与容错共识方法，相较传统方案显著降低认证密钥消耗增长。
2024-02-01 quant-ph
Multi-Hop Quantum Key Distribution with Passive Relays over Underwater Turbulence Channels
在水下信道中经历的吸收、散射和湍流严重限制了量子通信的范围。在本文中，为了克服范围的限制，我们研究了多跳水下量子密钥分发（QKD），中间节点帮助源和目的节点之间的密钥分发。我们考虑部署无源中继器，其简单地将量子比特重定向到下一个中继节点或接收器而不进行任何测量。在近场分析的基础上，我们给出了中继辅助QKD方案在不同大气条件下的性能。我们进一步研究了系统参数（孔径大小和探测器视场）对可实现距离的影响。
2022-06-13 eess.SP quant-ph
High-speed measurement-device-independent quantum key distribution with integrated silicon photonics
与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）消除了所有检测器侧信道，并实现了具有不可信中继的安全QKD。它适用于构建星型量子接入网络，其中复杂而昂贵的测量设备放置在中央不可信中继中，每个用户只需要一个低成本的发射机，如集成光子芯片。在这里，我们实验演示了一个1.25 GHz的硅光子芯片为基础的MDI-QKD系统使用偏振编码。光子芯片发射器集成了标准QKD源所需的编码组件。我们实现随机调制的偏振态和诱饵强度，并证明了31 bps的有限密钥的秘密速率超过36 dB的信道损耗（或180公里的标准光纤）。该密钥速率高于最先进的MDI-QKD实验。结果表明，基于硅光子芯片的MDI-QKD具有小型化、低成本制造和与CMOS微电子兼容等优点，是未来量子安全网络的一种很有前途的解决方案。
2019-11-02 quant-ph
Open-destination measurement-device-independent quantum key distribution network
量子密钥分发（QKD）网络有望在多方共享安全的随机性。现有的大多数QKD网络方案和演示都是基于可信中继或局限于点对点场景。在这里，我们提出了一个灵活的和可扩展的方案命名为开放的目的地测量设备无关的QKD网络。该方案具有抵抗不可信中继和所有检测器侧信道攻击的安全性。特别地，任何用户都可以在网络中其他用户的帮助下完成密钥分发。作为一个例子，我们详细展示了一个四用户网络，其中两个用户建立安全的通信，并考虑到源和检测器的缺陷，目前现实的模拟。
2020-09-29 quant-ph
Satellite constellations for trusted node QKD networks
当从卫星的量子密钥分发可用于大型网络并按需向任何两个节点提供对称加密密钥时，它变得特别有价值。描述了一种星座模型，其使得能够以低延迟在任何两个地面站之间建立QKD导出的加密密钥。这是通过使用低地球轨道、可信节点QKD卫星和地球同步中继卫星来实现的，可信节点QKD卫星与它们经过的地面站创建密钥缓冲区，地球同步中继卫星将密钥的安全组合传输到地面站。区域和全球网络模型被认为是和使用卫星间QKD链路平衡密钥进行评估。
2019-03-19 quant-ph
Efficient Bit Sifting Scheme of Post-processing in Quantum Key Distribution
比特筛选是量子密钥分发（QKD）后处理中的一个重要步骤，其作用是筛选出未被检测到的原始密钥。比特筛选通信量对实际QKD系统的网络安全密钥速率有着至关重要的影响，随着量子信道重复频率的快速提高，比特筛选通信量面临着前所未有的挑战。在本文中，我们提出了一个有效的比特筛选方案，其核心是一个无损信源编码算法。理论分析和实验结果都表明，我们的方案的性能接近香农极限。我们的方案可以大大减少QKD系统后处理的通信量，这意味着它可以减少经典信道认证的安全密钥消耗，提高QKD系统的净安全密钥速率。同时，它可以大大缓解系统的存储压力，特别是Alice侧的设备。最后给出了将该方案应用于几个有代表性的量子密钥分配系统的建议。
2014-09-26 quant-ph
The Security of Quantum Key Distribution using a Simplified Trusted Relay
我们提出了一个QKD协议的可信节点中继。我们的协议通过重新分配纠错和隐私放大的角色，将经典后处理的通信和计算权重转移到最终用户，同时保持量子信号的交换不变。我们进行了安全性分析，该协议的基础上的BB84协议的水平上的无限密钥公式，考虑到弱相干实现涉及诱饵分析。
2014-08-19 quant-ph
Free-space reconfigurable quantum key distribution network
提出了一种自由空间可重构的量子密钥分发（QKD）网络，用于移动用户之间的安全通信。根据网络中继的可信度，用户可以实现高度安全的测量设备无关的QKD，或高效的诱饵状态BB84 QKD。基于相同的量子基础设施，我们还提出了一种允许丢失的量子位置验证方案，该方案允许QKD用户在不依赖预共享密钥的情况下发起QKD过程。
2015-10-16 quant-ph
Coexistence of high-bit-rate quantum key distribution and data on optical fiber
量子密钥分发（QKD）是唯一一种可以通过量子力学极限验证安全性的密钥分发方式。协议执行和后续应用程序都需要经典数据通信通道的帮助。虽然使用单独的光纤是一种选择，但如果数据和量子信号同时通过单根光纤传输，则在经济上更可行。然而，由强数据信号引起的噪声光子污染严重限制了QKD距离和安全密钥速率。在这里，我们利用一种新的时间滤波效果的噪声光子拒绝。这允许在长达90公里的光纤上进行高比特率QKD，并填充无差错的双向Gb/s数据通信。QKD具有足够的高比特率和覆盖范围，可用于智能城市和10 Gbit以太网等重要信息基础设施，是迈向光纤网络大规模部署的重要一步。
2012-11-30 quant-ph
Integrity from Algebraic Manipulation Detection in Trusted-Repeater QKD Networks
University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）；QuSoft
本文提出首个在可信中继QKD网络中提供保密性和完整性的协议，结合AMD码与多路径中继技术，实现信息论安全。
2026-01-20 cs.CR quant-ph
Critical side channel effects in random bit generation with multiple semiconductor lasers in a polarization-based quantum key distribution system
大多数基于偏振的BB84量子密钥分发（QKD）系统利用多个激光器随机产生四个偏振量子态中的一个。然而，使用多个激光器的随机比特生成可能会打开关键的侧信道，这严重危及QKD系统的安全性。本文研究了多个半导体激光器工作时可能存在的时间视差和强度起伏的不被注意的边通道。实验结果表明，边信道会严重降低QKD系统的安全性能。通过实验结果进一步讨论了提高量子误码率与激光驱动条件有关的一个重要系统问题。
2017-06-27 quant-ph
Topological optimization of hybrid quantum key distribution networks
本研究针对QKD网络拓扑设计的复杂难题，首次从拓扑角度研究混合QKD网络，提出成本约束下优化设备部署与不可信中继选择的解析模型，仿真验证了混合组网的性能优势与模型的有效性。
2020-08-20 cs.NI quant-ph
Studying Free-Space Transmission Statistics and Improving Free-Space QKD in the Turbulent Atmosphere
湍流大气中自由空间链路的统计涨落对于量子信号的分布非常重要。为此，我们首先研究了基于纠缠的自由空间量子密钥分发（QKD）系统中湍流大气产生的统计特性。利用从这种分析中获得的见解，我们研究了链路波动对诱饵态QKD的安全性和密钥生成率的影响，得出结论，它在典型的操作制度的影响最小。然后，我们研究了新的想法，利用这些湍流波动，我们的优势在量子密钥分配实验。我们实现了一个信噪比滤波器（SNRF）在我们的QKD系统，拒绝测量期间的低传输效率，其中测量的量子误码率（QBER）暂时升高。使用此，我们将系统生成的总密钥从78，009位增加到97，678位，表示从相同的原始信号生成的最终安全密钥速率增加了25.2%。最后，我们提出了一个QKD交换与轨道LEO卫星的模拟，并表明SNRF将是非常有用的，在这种情况下，允许更多的通行证，以提取一个秘密密钥比否则是可能的。
2012-10-24 quant-ph
High-speed integrated QKD system
量子密钥分发（QKD）是一种信息安全的远程密钥生成方法，其保密性依赖于量子物理定律而非计算复杂性。为了实现QKD的产业化，需要低成本、大规模生产和实用的QKD装置。因此，发送器和接收器的相应组件的光子和电子集成目前处于聚光灯下。在这里，我们提出了一个高速（2.5 GHz）集成QKD设置具有发射器芯片的硅光子允许高速调制和准确的状态准备，以及偏振无关的低损耗接收器芯片的铝硼硅玻璃制造的飞秒激光微加工技术。我们的系统实现了原始误码率，量子误码率和密钥速率相当于一个更复杂的国家的最先进的设置基于离散组件。
2022-11-21 quant-ph
CV-QKD with Gaussian and non-Gaussian Entangled States over Satellite-based Channels
在这项工作中，我们研究了连续变量（CV）纠缠态的有效性，通过高损耗的大气信道传输，作为一种可行的量子密钥分发（QKD）地面站和低地球轨道（LEO）卫星之间的手段。特别是，我们调查的高斯CV状态相比，非高斯状态所发挥的作用。我们发现，光束漂移引起的大气损耗导致QKD的性能水平，在一般情况下，与固定衰减信道中发现的那些完全不同。例如，可以发现在光纤中没有QKD在某个固定损耗下是可行的但在衰落信道中在相同平均损耗下是可行的情况。我们还发现，在某些情况下，高斯态和非高斯态的QKD相对性能在大气信道中可以是固定衰减信道中发现的相反。这些发现表明，大气信道的性质对QKD性能有很大的影响。我们的研究结果应该被证明对使用LEO卫星作为通信中继的新兴全球量子通信有用。
2016-05-06 quant-ph
Experimental Decoy Quantum Key Distribution Up To 130KM Fiber
诱骗态量子密钥分发（QKD）由于具有抗PNS攻击和不可否认的安全性而成为近年来研究的热点。但是，在许多量子密钥分发系统中，传输信道的扰动使量子误码率（QBER）增加，这限制了真实诱骗态量子密钥分发系统的安全距离和密钥比特率。在130KM单模光纤附近，采用单向Faraday-Michelson相位调制系统实现了双强度诱饵QKD，在通信波长（1550nm）下，无信道干扰，长周期保持干涉条纹可见度（99%）。这是基于双强度协议的最长距离光纤诱饵态量子密钥分配系统。
2007-06-13 quant-ph
Quantum cryptography with an ideal local relay
我们考虑两个远程方通过两个量子信道连接到中继。为了生成密钥，它们将相干状态传输到中继器，在中继器中，这些状态受到连续变量（CV）贝尔检测。我们研究Alice信道无损的理想情况，即，该中继器位于她的实验室中，并且以单元效率执行贝尔检测。这种配置使我们能够探索CV测量设备无关（MDI）量子密钥分发（QKD）可实现的最佳性能。这对应于可信本地中继的限制，其中检测损失可以重新缩放。我们的理论分析得到了实验模拟的证实，其中假设理想的协调，每次使用10^-4个秘密比特可能分布在170公里处。
2015-09-03 quant-ph
Modeling High Quantum Bit Rate QKD Systems over Optical Fiber
对于给定的可接受的量子比特误码率，寻找使光纤上的量子密钥分发（QKD）传播距离和安全密钥速率（SKR）最大化的条件是相当感兴趣的。提高安全密钥速率的一种方法是提高量子比特率，即使用更短的脉冲。短脉冲在光纤中传输时会受到色散的影响，导致码间干扰和量子误码率增加。目前商用QKD系统采用1 Gb/s量子比特率源，并且正在研究向10 Gb/s系统的过渡。虽然CD的影响在1Gb/s中不是很重要，但在10 Gb/s或更高的量子比特率系统中不可忽略。
2018-04-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Practical high-dimensional quantum key distribution with decoy states
高维量子密钥分发（HD-QKD）允许双方在每个探测到的光子上产生多个安全比特的信息。在这项工作中，我们表明，诱饵状态协议可以实际实现的HD-QKD只使用一个或两个诱饵状态。在现实的实验约束下，具有两个诱饵状态的HD-QKD可以在超过200 km的距离上每次重合产生多个安全比特，并且速率与具有无限诱饵状态的协议所实现的速率相似。此外，只有一个诱饵状态的HD-QKD在短距离上是实用的，在短距离上它几乎与具有两个诱饵状态的协议一样安全。因此，只有一个或两个诱饵状态的HD-QKD可以实现优化安全量子通信的速率。
2015-02-26 quant-ph
Authentication of Metropolitan Quantum Key Distribution Network with Post-quantum Cryptography
量子密钥分发（QKD）提供了理论上安全的密钥交换的信息，该密钥交换需要经由对称私钥的预共享来认证经典数据处理信道。在以往的研究中，采用基于格的后量子数字签名算法Aigis-Sig，结合公钥基础设施（PKI）实现了QKD的高效量子安全认证，并展示了其在简化城域网网络结构和新用户登录方面的优势。该实验进一步将PQC算法集成到商用QKD系统中，济南地区城域QKD网络由14个用户节点和5个光交换节点组成。验证了后量子密码（PQC）算法的可行性、有效性和稳定性，以及PQC认证大规模城域QKD网络所带来的光交换替代可信中继的优势。具有PQC认证的QKD在量子安全通信中具有潜力，特别是在城域QKD网络中。
2021-06-04 quant-ph
Reducing spontaneous Raman scattering noise in high quantum bit rate QKD systems over optical fiber
我们研究了（a）长光纤链路中经典信号的自发拉曼散射导致在同一光纤中传输的量子信道中的显著拉曼噪声和（b）色散对高量子比特率QKD系统性能的影响。降低拉曼噪声的一种方法是降低经典信号功率。这可以通过使用相干调制格式和部署前向纠错技术来实现。此外，在电信波长处具有小拉曼增益的低损耗光纤使得多个量子信道和一个或几个经典信道能够以100 Gb/s的速率在数十公里（可能数百公里）上同时传输。
2017-12-16 physics.optics quant-ph
Room temperature single-photon detectors for high bit rate quantum key distribution
报道了用于高比特率量子密钥分发（QKD）的通信波长单光子探测器的室温工作。室温操作是使用集成了电子的自差分技术，提高雪崩鉴别灵敏度的基础上InGaAs雪崩光电二极管。尽管使用室温探测器，我们证明了量子密钥分配与记录的安全比特率在一系列的光纤长度（例如1.26 Mbit/s超过50公里）。此外，我们的研究结果表明，在室温下操作的检测器增加了短距离的安全比特率。
2014-02-10 quant-ph
Comment on "Quantum key distribution with 1.25 Gbps clock synchronization" by J.C. Bienfang et al., quant-ph/0405097
本文分析了自由空间量子通信研究成果对量子密钥分发的意义。Bienfang等人，quant-ph/0405097，下文称为“Bienfang et al.”），他们将他们的部分QKD实现（不产生密码学上有用的共享密钥）在短传输距离上的量子通信速率与之前的完全QKD实现在更长距离上的秘密比特率进行了对比。我们表明，当与以前的结果进行密码相关的比较时，Bienfang等人描述的系统不会为QKD提供任何优势，与他们论文中的断言相反，尽管其时钟速率很高。此外，我们表明，Bienfang等人提出的“高传输率服务于......以扩展QKD系统可以操作的距离”是不正确的。我们的分析说明了QKD的一个重要方面，这在实验中经常被忽视：筛选的比特率可能是QKD系统性能的一个高度误导性的指标。
2004-07-06 quant-ph
On the Optimality of a Quantum Key Distribution
本文提出了一种确定量子密钥分配系统最优性的方法，通过定义最优性量并实现完全高效的QKD系统，引入了BB84-QKD和双场QKD的最优版本。
2025-12-11 quant-ph
Experimental quantum key distribution with an untrusted source
量子密钥分发（QKD）源的光子统计特性是安全分析的关键。在本文中，我们提出了一个实用的方法，只有一个分束器和光电探测器参与，监测量子密钥分发源的光子统计。通过在一个即插即用的量子密钥分配系统中的实现，表明该方法具有很高的实用性。最终的安全密钥速率为52 bit/s，而当源被视为可信源时为78 bit/s。
2008-09-11 quant-ph
Floodlight Quantum Key Distribution: A Practical Route to Gbps Secret-Key Rates
在长距离传输中产生的信道损耗给量子密钥分发（QKD）系统带来了巨大的负担：它们必须击败被动窃听者，后者检测到量子信道中丢失的所有光，并且这样做不会干扰到达预定目的地的光。具有最高长距离密钥速率的当前QKD实现通过每比特传输不超过一个光子来满足这一挑战[Opt. Express 21，24550-24565（2013）]。因此，它不能实现大数据文件的一次性密码本加密所需的Gbps密钥速率，除非采用不切实际的大量复用。我们引入泛光QKD（FL-QKD），其在量子信道上泛洪，其中每个比特具有分布在更大数量的光学模式上的高数量的光子。FL-QKD通过每个模式传输少于一个光子并使用光子符合信道监控来提供针对最佳频域集体攻击的安全性，并且它完全不受被动窃听的影响。更重要的是，FL-QKD能够在50 km光纤链路上实现2Gbps的密钥速率，而无需任何复用，使用可用的设备，即，不需要开发新技术。FL-QKD凭借其前所未有的密钥效率实现了这一非凡的密钥速率，以每通道使用的比特数为单位，超过了最先进的系统两个数量级。
2016-07-07 quant-ph
Quantum Key Distribution Using Qudits Each Encoding One Bit Of Raw Key
所有已知的基于量子比特的加密和测量量子密钥分发（PM-QKD）方案都比基于量子比特的方案具有更好的容错性。它们的高错误弹性部分来自于对用于在每个传输的量子数据中生成原始密钥的多个信号比特的仔细编码，使得相同的窃听尝试在原始密钥中导致更高的比特错误率（BER）。在这里，我表明，高度容错的PM-QKD方案可以简单地通过编码一个比特的经典信息在每个发送的量子比特的形式$(|i\rangle\pm|j\rangle)/\sqrt{2}$，其中$|i\rangle$的形式的正交基的$2^n$维希尔伯特空间。此外，证明了在一定的技术条件下，这些方案可以容忍$n\ge 2$的理论最大误码率为50%，是迄今为止传输非纠缠有限维量子比特的最具容错性的PM-QKD方案.这显示了使用在更高维度的量子态中编码的更低维度的量子信号来处理量子信息的潜力。
2015-11-21 quant-ph
A Guide to Global Quantum Key Distribution Networks
描述了用于部署覆盖网络的跨洋、长途、城域和接入段的全球量子密钥分发（QKD）网络的系统和方法。对最先进的QKD技术进行了比较研究，包括通过光纤和自由空间光学的地面QKD，以及通过卫星的星载解决方案。我们比较了各种现有QKD技术的优缺点，包括信道损耗、潜在干扰、距离、连接拓扑、部署成本和要求以及应用场景。针对每个网络段中的各种不同QKD解决方案制定了技术选择标准和部署要求。例如，基于光纤的QKD由于其有限的距离和与点对多点（P2 MP）拓扑的兼容性而适用于接入网络;在可信中继的帮助下，它可以扩展到长途和城域网络。另一方面，星载QKD具有更小的信道损耗和更长的传输距离，可用于利用基于卫星的可信中继的跨洋和长途网络。
2021-02-26 cs.CR cs.CY cs.NI
Large-Scale FPGA-Based Privacy Amplification Exceeding $10^8$ Bits for Quantum Key Distribution
本文提出并实现了一种基于FPGA的大规模隐私放大方案，支持超过$10^8$比特的输入输出规模，通过新算法显著缓解QKD中的有限尺寸效应并提升安全密钥率。
2025-03-12 quant-ph
Quantum Key Distribution and String Oblivious Transfer in Noisy Channels
证明了在噪声信道上量子密钥分发（QKD）协议对量子物理所允许的最一般攻击的无条件安全性。我们使用的事实是，在以前的论文中，我们已经减少了这个QKD协议的无条件安全性的证明，证明相应的量子串不经意传输（字符串QOT）协议将是无条件安全的鲍勃，如果实现了一个无条件安全的比特承诺计划。我们证明了一个引理，延长了姚明（一位）QOT协议的安全证明这个字符串QOT协议。这个结果和上面提到的减少意味着我们的QKD协议的无条件安全性，尽管我们以前的证明，无条件安全的比特承诺方案是不可能的。
1996-06-04 quant-ph
Security of quantum key distribution with multiphoton components
大多数基于量子比特的量子密钥分发（QKD）协议仅从衰减激光的单光子分量中提取安全密钥。然而，在Scarani-Acin-Ribordy-Gisin 2004（SARG 04）QKD协议中，通过修改BB84协议中经典的后处理过程，可以从双光子分量中提取无条件安全的密钥。利用SARG 04量子密钥分配协议的优点和六态制备，可以从单个光子到四个光子的分量中提取安全密钥。本文给出了单光子、双光子、三光子和四光子源六态SARG 04协议的安全密钥速率与误码率之间的精确关系。通过限制相位误差和比特误差之间的互信息，我们得到了比以往工作更高的多光子分量的安全比特误码率阈值。此外，我们还比较了六态SARG 04协议与其他使用诱骗态的捕获和测量QKD协议的性能。
2016-07-08 quant-ph
Floodlight Quantum Key Distribution: Demonstrating a New Framework for High-Rate Secure Communication
泛光量子密钥分发（FL-QKD）是一种完全不同的QKD范式，可以在不进行复用的情况下在大城市区域距离上实现Gbit/s密钥速率[Phys. Rev. A 94，012322（2016）]。它是一种双向协议，每比特持续时间传输许多光子，并采用高增益光放大器，这两种协议都不能被现有的QKD协议用来减轻信道损耗。FL-QKD使用远大于调制速率的光带宽，并使用独特的宽带零差接收器执行解码。FL-QKD的关键是Alice从光子对源注入光子-除了用于密钥生成的光-到她发送给Bob的光中。这种注入使Alice和Bob能够量化Eve的入侵，从而保护FL-QKD免受集体攻击。我们的概念验证实验包括10 dB的传播损耗-相当于50 km的低损耗光纤-并且对于100 Mbit/s的调制速率实现了55 Mbit/s的密钥速率（SKR），与现有技术系统对于1 Gbit/s的调制速率的1 Mbit/s的SKR相比[Opt. Express 21，24550-24565（2013）]，分别代表密钥效率（SKE）（每通道使用的比特数）和SKR（每秒比特数）的约500倍和约50倍的改进。
2016-10-15 quant-ph
Simultaneous classical communication and quantum key distribution using continuous variable
目前，采用强激光脉冲的经典光通信系统和工作在单光子水平的量子密钥分发（QKD）系统是非常不同的通信模式。通常需要专用设备来实现QKD。在本文中，我们提出了一个方案，允许经典通信和量子密钥分配使用相同的通信基础设施，同时实现。更特别的是，我们提出了一种相干通信方案，其中用于经典通信的比特和用于QKD的高斯分布随机数都被编码在同一个弱相干脉冲上，并由同一个相干接收机解码。基于实际系统参数的仿真结果表明，在几十公里的单模光纤上可以实现误码率为10^{-9}的确定性经典通信和安全的密钥分配。可以想象，在未来的相干光通信网络中，QKD以最小的代价在经典通信的背景下运行。
2016-08-18 quant-ph
High Throughput and Low Cost LDPC Reconciliation for Quantum Key Distribution
协调是量子密钥分发（QKD）后处理中的一个关键步骤，用于纠正筛选后密钥串中的错误比特。虽然目前关于量子密钥分配协调的研究主要集中在如何提高效率上，但吞吐量优化已经成为高速量子密钥分配系统的研究热点。许多研究人员采用高成本的GPU实现来提高吞吐量。本文提出了一种在低成本CPU上实现的高吞吐量和高效率的解决方案。本研究的主要贡献是设计了一个量化LDPC译码器，包括改进的基于RCBP的校验节点处理和面向饱和的变量节点处理。实验结果表明，采用双向方法可以获得高达60 Mbps的吞吐量，协调效率接近1.1，是离散变量QKD（DV-QKD）吞吐量和效率的最佳组合。同时，当量子比特误码率（QBER）从1%变化到8%时，性能保持稳定。
2019-03-25 quant-ph
Finite-key analysis on the 1-decoy state QKD protocol
结果表明，在无限长密钥的渐近情形下，2-诱骗态量子密钥分发协议优于1-诱骗态协议。在这里，我们提出了1-诱饵方法的有限密钥分析。有趣的是，我们发现，对于实际的块大小高达$10^8$位，1-诱饵协议实现了几乎所有的实验设置更高的密钥速率比2-诱饵协议。由于只使用一个诱饵也更容易实现，我们得出结论，这是实际QKD的最佳选择。
2018-04-17 quant-ph
Unconditional Security of Single-Photon Differential Phase Shift Quantum Key Distribution
在这封信中，我们证明了单光子差分相移量子密钥分发（DPS-QKD）协议的无条件安全性的基础上，转换到一个等价的基于纠缠的协议。我们从误码率的角度估计了相位误差率的上界，并证明了当误码率不大于4.12%时，DPS-QKD可以产生无条件安全的密钥。该证明是相干态DPS-QKD无条件安全性证明的第一步。
2009-10-04 quant-ph
FSO-QKD protocols under free space losses and device imperfections: a comparative study
本文比较研究了单光子和纠缠光子QKD协议在地面自由空间通信中的性能，重点分析了几何损耗、大气损耗和设备不完美对量子比特误码率及安全密钥率的影响。
2023-09-16 quant-ph
Impossibility of Growing Quantum Bit Commitments
量子密钥分发（QKD）通常更准确地称为密钥增长。以短密钥为种子，量子密钥分发使得通过不安全的量子信道连接的双方能够生成任意长度的密钥。相反，如果不能访问初始密钥，则不可能进行密钥协商。在这里，我们考虑另一个基本的加密任务，承诺。虽然与关键协议类似，承诺不能从头开始实现，但我们问是否可以增加承诺。也就是说，给定提交固定位数的能力，是否有方法将其扩展到任意长度的字符串的提交？使用最近发展的信息理论技术，我们回答这个问题的负面影响。
2011-09-27 quant-ph
Twin-Field Quantum Key Distribution over 511 km Optical Fiber Linking two Distant Metropolitans
量子力学的基本原理保证了量子密钥分发（QKD）的无条件安全性，但代价是量子态不能被放大。因此，尽管在过去的几十年里，全球范围内的城域QKD网络取得了显着的进展，但没有可信中继的长距离光纤QKD网络尚未实现。在这里，通过发送或不发送（SNS）协议，我们完成了一个双域量子密钥分发（TF-QKD）和分发安全密钥没有任何可信的中继器在511公里长的光纤干线连接两个遥远的大都市。我们的安全密钥速率是大约3个数量级以上的预期，如果以前的QKD现场测试系统在相同的长度被应用。在如此长距离部署的光纤上有效的量子态传输和稳定的单光子干涉为大规模光纤量子网络铺平了道路。
2021-01-31 quant-ph
Finite-key analysis for twin-field quantum key distribution with composable security
长距离量子密钥分发（QKD）长期以来严重依赖于可信中继或量子中继器，存在安全威胁或远未实现。最近，已经提出了一种称为双场（TF）QKD及其变体的解决方案来克服这一挑战。然而，大多数安全证明是复杂的，其中大多数只能确保安全性免受集体攻击。到目前为止，只有在渐近资源假设下才能给出完整而简单的安全性证明。在这里，我们提供了一个可组合的有限密钥分析的相干状态为基础的TF量子密钥分配与严格的安全性证明，对一般的攻击。此外，我们开发了最佳的统计波动分析方法，显着提高高损失的体制下的密钥速率。结果表明，基于相干态的TF-QKD是实用可行的，具有近千公里的应用潜力。
2019-11-20 quant-ph
Composable security for practical quantum key distribution with two way classical communication
针对双向经典通信（TWCC）的发送或不发送双域协议，提出了严格计算具有差错抑制的量子密钥分发（QKD）中有限密钥效应的方法.与没有TWCC的正常QKD不同，这里每个两比特随机组的标记或取消标记的概率不是独立的。我们通过想象一个虚拟的比特集来严格解决这个问题，其中每个比特都是独立和相同的。我们显示的结果之间的关系，从这个想象中的一组包含独立和相同的位和结果开始与真正的一组非独立位。利用显式公式，我们证明了在计算中简单地应用Buckoff界可以得到正确的密钥率，但失败概率略有变化。
2021-02-01 quant-ph
Phase-encoded measurement device independent quantum key distribution with practical spontaneous parametric-down-conversion sources
与测量设备无关的弱相干源量子密钥分发（MDI-QKD）已经得到了广泛而细致的研究。然而，对具有自发参量下转换源（SPDCS）的MDI-QKD的分析是不完整的。本文通过考虑热分布的SPDCS的实际参数，研究了主动三强度诱饵协议和被动单强度诱饵协议下MDI-QKD的性能。相位随机化是诱骗协议的内在要求，在评估总体量子比特增益和量子比特误码率时考虑了相位随机化。数值模拟结果表明，采用SPDCS的MDI-QKD与实际诱骗协议相比，可以证明与具有无限诱骗态的渐近情形相当，并且与采用弱相干源的MDI-QKD相比，在传输距离和密钥生成速率方面具有明显的优势。我们的研究结果还表明，MDI-QKD使用热分布式SPDCS与有源三强度诱饵协议的性能优于一个被动的单强度诱饵协议。
2014-03-07 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
Plug-n-Play Three Pulse Twin Field QKD
该研究提出了一种基于萨格纳克拓扑的即插即用三时间槽双场量子密钥分发协议，实现了高稳定性和可扩展性的量子通信解决方案。
2025-11-25 quant-ph
Quantum key distribution with delayed privacy amplification and its application to security proof of a two-way deterministic protocol
隐私放大（PA）是量子密钥分发（QKD）中一个重要的后处理步骤，用于去除窃听者可能拥有的关于最终密钥的任何信息。在本文中，我们考虑延迟PA的最终密钥使用后，在一次一密加密，并证明其安全性。我们证明了延迟PA的安全性和密钥生成速率不受影响。延迟PA有两个应用：它作为一种工具，大大简化了安全性证明的QKD与双向量子信道，也是有用的QKD网络与可信中继。为了说明延迟PA思想的强大功能，我们使用它来证明基于量子位的双向确定性QKD协议的安全性，该协议使用四个状态和四个编码操作。
2012-03-09 quant-ph
