Photonic integrated quantum key distribution receiver for multiple users
集成光子学具有小型化、低成本、CMOS兼容等优点，为量子密钥分发（QKD）提供了一个稳定、高度集成、实用的平台。虽然光学组件的光子集成大大降低了QKD系统的整体成本，但单光子探测器（SPD）已成为实际QKD系统中最昂贵的部分。为了克服这一障碍，充分利用单光子晶体器件，我们设计并制作了一个多用户的量子密钥分配接收芯片。我们的芯片是基于时分复用技术，并利用一组单光子探测器，以支持多达四个用户的量子密钥分配。我们的基于芯片的QKD系统能够为四个用户产生13.68 kbps的平均密钥速率，在20 km的光纤模拟距离上，量子误码率（QBER）低至0.51%。我们的研究结果清楚地表明了使用光子集成芯片复用SPD与不同用户设置QKD信道的可行性，并可能在量子通信技术的商业化中找到应用。
2020-07-07 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
Feasibility Assessment For Practical Continuous Variable Quantum Key Distribution Over The Satellite-to-Earth Channel
目前，使用连续变量（CV）技术的量子密钥分发（QKD）仅在短距离地面链路上得到验证。在这里，我们试图回答是否CV-QKD在更长的卫星到地球的信道是可行的。为此，我们首先回顾了将使CV-QKD通过卫星到地球信道的概念和技术。然后，我们考虑，在无限的密钥限制，最简单的部署QKD协议，相干态（CS）QKD协议与零差检测和CS-QKD协议与外差检测。然后，我们专注于CS-QKD协议与外差检测在务实的设置有限的密钥，其中对一般攻击的完整安全性是已知的。我们特别注意相关的卫星到地球的信道中的噪声项和它们的影响的秘密密钥速率。在系统设置中，衍射占主导地位的损失，我们发现，总多余的噪声的主要组成部分是由于闪烁的强度波动，以及信号和本地振荡器之间的到达时间波动。我们的结论是，广泛的实用系统模型，CS-QKD与信息理论的安全性，在卫星到地球的信道是可行的。
2020-08-24 quant-ph
Demonstrating Miniaturised, entangled photon-pair sources on board nano satellites to enable future QKD missions
我们报告了我们的进展，开发高度分散，偏振纠缠，光子对源立方体卫星。我们在NUS Galassia 2U CubeSat的轨道上有一个相关光子对源。我们还在生产纠缠光子对源，并为即将到来的卫星任务开发高亮度（1Mcps）纠缠光子对源。我们所有的来源都是原理证明，证明基于纠缠的QKD所需的硬件可以被简化，并且足够强大，可以在纳米卫星上运行。它们产生的光子对用基于液晶的贝尔态分析仪和源内的盖革模式雪崩光电二极管测量。这些空间任务使我们能够验证地面辐射，热和振动测试，并研究空间源的真实操作和老化。一个BBM92 QKD能力的设计源已被用于A阶段的研究，由新南威尔士大学，堪培拉的卫星到卫星的QKD示范任务。这项任务研究在LEO中使用了两个6U CubeSat，旨在证明随着两个CubeSat的漂移，QKD的距离越来越远。
2017-10-11 quant-ph
The European Satellite-Based QKD System EAGLE-1
EAGLE-1卫星任务旨在构建泛欧安全量子密钥分发网络，由公私联盟合作，TESAT负责有效载荷与SCOT80激光终端，实现卫星到地面的准备-测量QKD。
2025-05-27 quant-ph
End-to-End QKD Using LEO Satellite Networks
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种基于低轨卫星网络的端到端量子密钥分发方案，通过双场QKD和冗余异或转发协议实现全球范围内的安全密钥交换，实验表明该方案在提高安全性和密钥速率方面具有显著优势。
2026-03-06 quant-ph
Progress in satellite quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）是用于在两方之间生成私有加密密钥的协议族。尽管取得了很大进展，但由于大气损耗或光纤内衰减，所有基于地面的QKD方法都有距离限制。这些限制使得纯粹的地面系统对于全球分销网络来说不切实际。然而，通信范围可以通过使用配备有高质量光学链路的卫星来扩展。这篇手稿总结了开始使用卫星实现QKD的研究和开发。它包括协议，基础设施和实施此类系统所涉及的技术挑战的讨论，以及世界各地正在进行的卫星QKD计划的顶级摘要。
2017-08-25 quant-ph
Satellite-to-Earth Quantum Key Distribution via Orbital Angular Momentum
在这项工作中，我们探讨了利用光的轨道角动量（OAM）进行星地量子密钥分发（QKD）的可行性。由于OAM状态的脆弱性，传统观点认为湍流将使OAM-QKD在卫星到地球的信道中不可行。然而，基于详细的相位屏模拟预期的大气湍流，我们发现，OAM QKD是可行的，在某些系统配置，特别是如果量子信道信息被利用在后选择状态的处理。更具体地说，使用经典纠缠光作为量子信道的探针，以及合理大小的发射器-接收器孔径，我们发现在海平面地面站上可以实现非零QKD速率。在不使用经典光探针的情况下，OAM-QKD被降级到具有大接收器孔径的高空地面站。我们的工作代表了第一次从卫星上对OAM-QKD性能的定量评估，显示了在什么情况下，备受吹捧的更高维度的OAM可以在安全通信的背景下使用。
2020-07-21 quant-ph
LEO small satellite QKD downlink performance: QuantSat-PT case study
在这项工作中，我们建模和仿真的量子密钥分发（QKD）下行链路从低地球轨道（LEO）的小卫星的光学地面站（OGS）的性能，作为QuantSat-PT任务的概念和初步设计阶段的组成部分。通过详细建模和模拟下行链路传输信道的影响，重点是湍流和大气的BB84和E91协议的损失，我们找到了一组一致的值的性能包线，解决了模糊的任务实验数据，已报告之前这项工作。我们得到的4状态BB84协议的筛选的密钥速率和量子误码率（QBER）的32.1 kbit/s和$4\%$，分别为天顶在750公里的轨道。对于E91方案，进行了Clauser、Horne、Shimony和Holt（CHSH）检验，得出任务的相关系数为$S \in[-2.63\pm0.02,-1.91\pm0.03]$。这些结果与最先进的模拟器和实验卫星基于量子密钥分配的相关性的状态的一致性进行了讨论。
2022-09-21 quant-ph
Photonic Integrated Phase Decoder Scheme for High-Speed, Efficient and Stable Quantum Key Distribution System
量子密钥分发（QKD）正逐步走向网络应用。提高量子密钥分配系统的性能，如紧凑系统的光子集成、抗环境干扰的稳定性、高密钥速率和高效率等，对量子密钥分配应用具有重要意义。文中提出了一种通用的量子译码模型，即正交偏振交换反射器迈克耳孙干涉仪模型，以解决环境对量子信道的干扰。在此基础上，提出了一种基于Sagnac结构的正交偏振交换反射迈克耳孙干涉仪（SRMI）的量子相位解码方案。SRMI解码器除了具有抗量子信道干扰的稳定性外，还可以用光子集成电路制作，适用于吉赫相位编码的QKD系统，并且由于解码器的插入损耗低，可以提高系统效率。
2019-10-18 quant-ph
Measurement-device-independent quantum key distribution with all-photonic adaptive Bell measurement
基于纠缠的量子密钥分发（QKD）的时间反演版本，称为测量设备无关的QKD（mdiQKD），最初是为了弥补测量设备的任意安全漏洞而提出的。在这里，我们表明，mdiQKD有另一个优势，这应该是区别于基于纠缠的QKD。特别是，基于量子中继器概念的全光子自适应贝尔测量可以单独安装在mdiQKD中，这导致密钥速率的平方根改进。这种贝尔测量也在量子中继器的基于单光子的纠缠生成中提供了类似的改进。
2014-08-13 quant-ph
Highly integrated quantum key distribution transmitter enabled by silicon photonics
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；QuantumCTek Corporation Limited（国盾量子技术股份有限公司）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息科学与技术全国重点实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
研究旨在解决QKD系统体积和成本问题，通过基于硅光子编码芯片构建紧凑平台，实现高度集成独立QKD发射机，其体积小，与传统接收器配对在51.3公里光纤上密钥率达219.1 kbps，推动QKD发射机向紧凑板级平台转变。
2026-10-22 quant-ph
Strategy of satellite QKD with passive high brightness entangled photon pair source
提出HBEPP分布解析模型，建议SQKD系统使用被动强度HBEPP源，将平均光子数固定为0.1，实现理想协议99.7%的性能。
2024-08-27 quant-ph
Continuous-variable quantum key distribution over 50.4 km fiber using integrated silicon photonic transmitter and receiver
State Key Laboratory of Quantum Optics Technologies and Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University（山西大学光电研究所量子光学技术与器件全国重点实验室）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；School of Information, Shanxi University of Finance and Economics（山西财经大学信息学院）
本研究提出了一种基于集成硅光子发射机和接收机的高符号速率和长距离连续变量量子密钥分发系统，实现了50.4公里光纤传输的高密钥率。
2025-08-12 quant-ph
Atmospheric effects on satellite-to-ground quantum key distribution using coherent states
基于卫星的量子密码学已经使用离散变量技术进行了演示。尽管如此，在连续变量（CV）范式下，利用弱相干脉冲来执行量子密钥分发（QKD）仍然引起了人们极大的兴趣。在这项工作中，我们研究了通过星地信道进行相干态CV-QKD的可行性。我们使用数值方法模拟大气湍流，并与地面实验数据进行比较，以确认我们的方法的有效性。我们发现从数值模拟得到的结果与实验数据吻合良好，并代表了一个国家的最先进的分析模型的改进。使用模拟结果，然后我们推导出QKD密钥速率，并发现，有用的非零密钥速率可以在有限的天顶角范围内找到。使用实验验证的低天顶角大气信道的模拟来确定QKD密钥速率是证明真实世界的卫星到地球CV-QKD的可行性的重要一步。
2021-06-03 quant-ph
Interference between independent photonic integrated devices for quantum key distribution
量子计算的进步是对现代密码学的快速增长的威胁。量子密钥分发（QKD）提供了长期的安全性，而无需假设对手的计算能力。然而，理论和实验之间的不一致性在现实世界的安全性方面提出了问题，而大型和耗电的商业系统已经减缓了大规模采用。测量设备无关的QKD（MDI-QKD）提供了一种共享密钥的方法，该方法消除了所有可能的检测器侧信道攻击，从而大大提高了安全性。在这封信中，我们实验证明了一个关键的步骤，可扩展的集成设备进行MDI-QKD。我们展示了在可见度为$46.5 \pm 0.8\%$的$431$ MHz下，从两个独立的磷化铟发射器雕刻的弱相干态之间的Hong-Ou-Mandel干涉。这项工作证明了使用集成设备来降低在城域网中采用QKD的主要障碍的可行性。
2019-01-17 quant-ph
Integrated Silicon Photonic Transmitter for Polarization-Encoded Quantum Key Distribution
提出了一种用于偏振编码量子密钥分发（QKD）的硅光发射机。该芯片在标准硅光子铸造工艺中制造，并在1.3 mm $\times$ 3 mm管芯面积中集成了脉冲发生器、强度调制器、可变光衰减器和偏振调制器。光路中的器件满足QKD的要求。该发射机用于在5公里长的光纤链路上进行BB84 QKD协议的概念验证演示。
2016-06-14 physics.optics quant-ph
Blockwise Post-processing in Satellite-based Quantum Key Distribution
本文针对星基量子密钥分发中动态信道条件导致密钥率受限的问题，提出分块后处理方法，将原始密钥按噪声特性分块独立处理，并通过案例研究证明其显著优于传统非分块策略。
2025-03-08 quant-ph
Continuous-Variable Quantum Key Distribution at 10 GBaud using an Integrated Photonic-Electronic Receiver
本文提出一种基于集成光子-电子接收器的连续变量量子密钥分发系统，以10 GBaud符号速率在5 km和10 km距离上分别实现超过0.7 Gb/s和0.3 Gb/s的安全密钥率，为下一代CV-QKD系统大规模部署奠定基础。
2023-05-31 quant-ph
Quantum key distribution session with 16-dimensional photonic states
信息的安全传输是现代电信中的一个重要问题。量子密钥分发（QKD）通过使用单独的量子系统在远程方之间生成相关比特来提供对该问题的解决方案，所述相关比特可用于提取秘密密钥。具有D维量子信道的QKD提供随着D增加而增长的安全优势。然而，绝大多数QKD实现都局限于二维。在这里，我们证明了使用更高的维度为现实世界的量子密码学的可行性，第一次，一个完全自动化的QKD会话的基础上BB84协议与16维量子态。信息被编码在单光子的横向动量和所需的状态是动态生成的可编程空间光调制器。我们的设置铺平了道路，为未来的发展，在实验高维量子密钥分配领域。
2013-07-31 quant-ph
On the Robustness of (Photonic) Quantum Key Distribution with Classical Alice
最近提出了一种基于经典Bob的量子密钥分发（QKD）方案，并证明了该方案的鲁棒性。在这项工作之后，还提出了经典Alice的QKD，并证明了其鲁棒性。上述协议是理想的，因为它们使用了量子比特。然而，在过去，众所周知的QKD协议被证明是鲁棒的，甚至被证明是无条件安全的，当使用量子比特时，被发现在使用光子时是完全不安全的。这是由于对光子损失的敏感性（例如，Bennett的双态协议）或对与多光子状态组合的损失的敏感性（例如，对弱脉冲Bennett-Bennard协议的光子数分裂攻击，BB84）。在这里，我们证明了经典的爱丽丝量子密钥分配仍然是强大的光子损失，甚至多光子状态的考虑。
2010-12-14 quant-ph
Opportunistic Scheduling for Single-downlink Satellite-based Quantum Key Distribution
University of Connecticut（康涅狄格大学）；Binghamton University（宾厄姆顿大学）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
本文提出了一种机会性调度方法，用于单下行卫星QKD系统，以优化地面站对的公平性和系统性能，同时考虑季节和云覆盖的影响。
2025-12-14 quant-ph
Heterogeneously integrated, superconducting silicon-photonic platform for measurement-device-independent quantum key distribution
集成光子学为量子密钥分发（QKD）器件的小型化和性能提升提供了一条途径。实现离散变量QKD的关键元件是单光子探测器。非常希望将检测器集成到光子芯片上，以实现实用和可扩展的量子网络。我们实现了一个集成异质超导硅光子芯片。利用我们的光波导集成超导探测器独特的高速特性，我们对两个独立激光器产生的时间仓编码量子比特进行了第一次最佳贝尔状态测量（BSM）。最优BSM使得测量设备无关的QKD的密钥速率增加，这是免疫于针对检测系统的所有攻击，因此提供了具有不可信中继的QKD网络的基础。再加上时间复用技术，我们已经提高了筛选的关键率几乎一个数量级。在125 MHz的时钟速率下，我们获得了6.166 kbps的安全密钥速率，超过24.0 dB的损失，这是最先进的MDI-QKD实验结果与GHz的时钟速率。结合集成的QKD发射机，一个可扩展的，基于芯片的和具有成本效益的QKD网络应该在不久的将来成为现实。
2021-10-30 physics.optics quant-ph
High-Dimensional Quantum Key Distribution based on Multicore Fiber using Silicon Photonic Integrated Circuits
量子密钥分发（QKD）提供了一种无条件安全的信息交换方式。历史上，QKD协议一直基于二进制信号格式，例如两个偏振态，并且量子密钥的传输信息效率本质上限于1比特/光子。在这里，我们提出并实验证明，第一次，一个高维QKD协议的基础上空分复用在多芯光纤使用硅光子集成光波电路。我们成功地在四维希尔伯特空间中实现了三个相互无偏的基，并实现了低而稳定的量子误码率，远低于相干攻击和个人攻击的限制。与以前的演示相比，在我们的协议中使用多芯光纤提供了一种更有效的方式来创建高维量子态，并能够打破传统QKD协议的信息效率限制。此外，我们工作中使用的硅光子电路集成了可变光衰减器、高效多芯光纤耦合器和马赫-曾德尔干涉仪，能够以紧凑和稳定的方式操纵高维量子态。我们的演示为利用最先进的多芯光纤进行长距离高维QKD铺平了道路，并为高信息效率的量子通信促进了硅光子学。
2016-10-07 quant-ph
Enhancing secure key rates of satellite QKD using a quantum dot single-photon source
针对卫星QKD中弱相干脉冲源因多光子发射限制密钥率的问题，提出采用低多光子发射的半导体量子点单光子源，实验验证其在相同条件下密钥量更优，效率提升后性能可高出近一个数量级，为高损耗信道下的卫星量子安全通信提供新方案。
2020-09-24 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
Resource-efficient quantum key distribution with integrated silicon photonics
该研究提出基于硅基编解码器的资源高效型片上BB84 QKD方案，无需额外片外硬件即可实现时间同步与偏振补偿，兼具高稳定性与长距离密钥分发能力，为低成本晶圆级QKD系统制造奠定基础。
2023-06-11 quant-ph
Strategies for achieving high key rates in satellite-based QKD
量子密钥分发（QKD）是一种即将被广泛应用的量子技术。尽管如此，以实际速率将密钥分发到100公里以外仍然是一个重大挑战。规避纠缠光子对的有损地面传输的一种方法是部署光学卫星链路。优化这些非静态量子链路以产生尽可能高的密钥速率对于它们的成功操作至关重要。因此，我们开发了一种高亮度偏振纠缠光子对源和一个具有能够卫星跟踪的快速转向镜的接收器模块。我们采用这种最先进的硬件在距离为143公里的地面自由空间链路上分发光子，并提取高达每秒300比特的安全密钥速率。与基于光纤的链路相反，卫星下行链路中的信道损耗是时变的，并且链路时间被限制在几分钟内。因此，我们提出了一个基于模型的优化链路参数的基础上，当前的信道和接收机条件。该模型和我们的现场测试将证明有助于未来卫星任务的设计和操作，并在全球范围内以高速率推进密钥的分发。
2020-11-05 quant-ph
How to implement decoy-state quantum key distribution for a satellite uplink with 50 dB channel loss
量子密钥分发（QKD）利用量子物理的基本特性，允许两个遥远的方共享密钥;然而，QKD受到地球上几百公里的距离限制的阻碍。全球覆盖的最直接解决方案是使用卫星，卫星可以从两个或更多个地面站接收单独的QKD传输，并作为可信节点连接这些地面站。在本文中，我们报告了一种能够使用弱相干脉冲和诱饵状态在卫星上行链路中预期的高损耗状态下执行QKD的系统。这种情况得益于其接收器有效载荷的简单性，但是由于非常高的传输损耗（40 - 50 dB），迄今为止被认为是不可行的。通过实施创新的光子源和先进的时序分析，克服了高损耗。我们的系统处理高达57分贝的光子损失在无限的关键限制，确认卫星上行链路方案的可行性。我们强调，虽然这个系统是考虑到卫星上行链路而设计的，但它可以很容易地克服任何自由空间QKD链路上的高损耗。
2012-01-04 quant-ph
Performance Analysis of Satellite-Based QKD Protocols
Indian Institute of Technology, Jodhpur（印度约德浦尔理工学院）
本文分析了卫星基自由空间量子密钥分发协议在低轨道链路中的性能，探讨了不同协议在日间和夜间条件下的QBER和安全密钥率差异。
2026-04-13 quant-ph
Assessment of practical satellite quantum key distribution architectures for current and near-future missions
本文评估各类卫星量子密钥分发架构在吞吐量、时延、距离、安全性与复杂度上的权衡，指出低轨可信节点、弱脉冲离散变量下行链路及诱骗态 BB84 是近期任务的优选方案。
2024-04-08 quant-ph
Experimental Satellite Quantum Communications
行星级的量子通信需要包括地面和卫星链路在内的互补信道。前者已发展到使用光纤电缆的商业阶段，而对于卫星连接，轨道上没有终端妨碍了它们的发展。然而，证明这种链路的可行性对于设计空间有效载荷和最终能够实现诸如量子密钥分配和量子隐形传态等协议以及星地或星间链路至关重要。利用卫星角隅棱镜作为发射器，实现了量子比特从空间到地面的可靠传输，获得了适合量子密钥分发的低误码率。我们还提出了一个双向QKD协议，利用调制后向反射器，需要一个最小的有效载荷的卫星，从而促进空间量子通信的扩展。
2014-06-16 quant-ph
Metropolitan quantum key distribution with silicon photonics
光子集成电路（PIC）为量子光子学提供了一个紧凑而稳定的平台。在这里，我们展示了硅光子量子密钥分发（QKD）发送器在第一个高速偏振基QKD现场测试。该系统达到950 kbps的组合密钥速率在本地测试（在103.6米的光纤与9.2 dB的总仿真损耗）和106 kbps的城际大都市测试（在43公里的光纤与16.4 dB的损耗）。我们的研究结果代表了在标准电信波长下基于偏振的QKD实验的最高密钥生成速率，并证明PIC是未来形成大城市量子安全通信网络的有前途的可扩展资源。
2017-08-01 quant-ph
GHz-rate polarization-based QKD system for fiber and satellite applications
Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学帕多瓦量子技术中心）
本文提出了一种GHz速率极化基QKD系统，实现了高效BB84协议，展示了在高损耗和低块长条件下稳定的保密密钥率，适用于卫星应用。
2026-02-09 quant-ph
Gigabit-rate Quantum Key Distribution on Integrated Photonic Chips
本文提出基于集成硅光子芯片的QKD系统，通过偏振复用和极化码信息协调，在10 km距离上实现1.213 Gbit/s密钥率，展示了高性能、低成本的大规模量子安全网络可行性。
2025-04-11 quant-ph
Use of a Local Local Oscillator for the Satellite-to-Earth Channel
连续变量量子密钥分发（CV-QKD）提供了信息论安全的密钥共享。相位参考系的共享是CV-QKD中相干检测的基本要求。由于与在量子信号旁边发送本地振荡器（LO）相关的潜在攻击，已经关注于使用本地LO（LLO）来建立共享相位参考。在这项工作中，我们开发了一个新的噪声模型，目前国家的最先进的LLO计划的背景下，卫星到地球的通道。在这样做的过程中，我们封装了详细的相位屏计算，确定相干效率-一个关键参数，在自由空间CV-QKD的特征大气湍流引起的波前像差。使用我们的新的噪声模型，然后我们确定CV-QKD密钥速率的卫星到地球的信道，在一般的攻击下，在有限大小的政权的LLO计划的安全。我们的研究结果对于利用多光子技术而不是单光子技术的下一代量子卫星具有实际意义。
2020-10-19 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
Advances in entanglement-based QKD for space applications
量子密钥分发（QKD）使得能够通过物理定律来保证加密密钥的防窃听交换。在广泛部署QKD的道路上，最后剩下的障碍之一是光子在陆地分布期间经历的高损耗，这限制了通信双方之间的距离。这个问题的一个可行的解决方案是完全避免光子通过光纤的地面分布，而是通过卫星链路传输，其中损耗主要是衍射而不是吸收和散射。第一个专门的卫星任务已经证明了这种方法的可行性，尽管相对较低的安全密钥速率。为了使QKD在商业上可行，未来卫星任务的设计必须集中在以更低的系统成本实现更高的密钥速率。目前的卫星任务已经在几乎最佳的系统参数下运行，这使得利用目前部署的技术提高关键速率的空间很小。相反，需要从根本上新的技术来大幅降低两个遥远方之间共享的每个秘密比特的成本。基于纠缠的协议提供了最高级别的安全性，并通过利用潜在的量子相关性提供了几种提高密钥速率的途径。在这篇文章中，我们回顾了基于纠缠的QKD的最相关的进展，这些进展可以在自由空间链路上实现，从而可以从轨道上分发安全密钥。众所周知，卫星任务的开发是漫长的。因此，应尽早审查新一代量子有效载荷的可能候选者，以推动空间应用量子技术的发展。
2022-10-05 quant-ph
Experimental demonstration of Continuous-Variable Quantum Key Distribution with a silicon photonics integrated receiver
Sorbonne Université（索邦大学）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科技大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Institut d’Optique Graduate School（高等光学学院）
本研究展示了一种基于硅光子集成电路的连续变量量子密钥分发接收机，实现了高调制和密钥率，验证了其在长距离安全通信中的应用潜力。
2023-11-13 quant-ph
Quantum key distribution with dissipative Kerr soliton generated by on-chip microresonators
量子密钥分发（QKD）是在量子力学原理的保证下，在远程合法用户之间分发对称的密钥比特。在实际应用中，紧凑、坚固的光子器件是量子密钥分配的关键，将光源、探测器和调制器集成在一个光子芯片上的研究越来越受到关注。然而，由于芯片上的相干光源有限，基于波长复用的大规模并行量子密钥分配仍然是一个挑战。本文介绍了微谐振腔中的克尔耗散孤子，它为量子密钥分发提供了频率间隔为49GHz的锁定相干频率梳。我们通过解复用相干梳状线形成孤子来实现并行QKD，并展示了如果充分利用覆盖C和L波段的数百个信道，则可以实现Gbps的密钥速率。所展示的基于孤子的QKD架构与量子光子集成电路的努力是兼容的，这是紧凑的，鲁棒的，低成本的，并提供了一个有竞争力的平台，实用的QKD芯片。
2020-04-19 quant-ph
Satellite-Based Quantum Communication: Performance Evaluation of Discrete-Variable Quantum Key Distribution Protocols
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
本文通过圆形和椭圆光束传播模型，评估了BB84、B92、BBM92、E91及高维QKD协议在卫星链路中的性能，发现高维BB84协议在密钥率和噪声容忍度上更优。
2026-06-08 quant-ph
Phase Correction using Deep Learning for Satellite-to-Ground CV-QKD
University of New South Wales（新南威尔士大学）
提出一种基于卷积神经网络的新方法，仅利用参考脉冲的强度测量即可估计真实本振的相位校正，替代了传统复杂的相位测量设备，首次在星地CV-QKD中实现了非零安全密钥率所需的相位校正精度。
2023-05-30 cs.AI cs.CR cs.LG
Finite resource performance of small satellite-based quantum key distribution missions
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；SUPA Department of Physics, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学物理系）；Institute for Quantum Computing and Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo（滑铁卢大学量子计算研究所及物理与天文学系）；SpeQtral Pte. Ltd.（SpeQtral私人有限公司）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）
研究探讨了小卫星QKD任务在有限资源下的性能，展示了高损耗条件下通过有限密钥分析实现密钥生成的进展，并指出近地轨道卫星在安全要求上的可行性及未来挑战。
2024-01-09 quant-ph
Optimised Multithreaded CV-QKD Reconciliation for Global Quantum Networks
针对CV-QKD信息协调耗时长、难以适配LEO卫星短过境时间的问题，研究人员通过分析验证大码长LDPC解码的分层协调协议，得出最优并行码块长度，显著提升密钥率，支持星地量子安全通信，为优化全球量子网络提供支撑。
2021-11-19 cs.CR cs.IT math.IT
Quantum Secure Time Transfer for Satellites
University of New South Wales（新南威尔士大学）
该研究在模拟星地信道中演示了基于纠缠的QSTT系统，其QKD密钥率较墨子号提升30倍，还具备无GPS同步等创新特性，实现了更高效安全的空间量子安全时间传输。
2026-08-26 quant-ph
World's First Monolithic SiGe QKD Transmitter Chip
本文报道全球首款单片集成SiGe量子密钥分发发射芯片，在45.9公里现网光纤上实现安全密钥生成，并验证支持32个WDM信道，无需III-V族光源。
2025-04-11 quant-ph
Increasing the secret key rate of satellite-to-ground entanglement-based QKD assisted by adaptive optics
本研究评估了自适应光学技术在白天缓解大气湍流的优势，通过提升接收信号耦合至光纤的效率，显著提高了星地基于纠缠的量子密钥分发性能，其密钥率较未校正场景提升数百比特每秒。
2024-11-14 quant-ph
Quantum Wavefront Correction via Machine Learning for Satellite-to-Earth CV-QKD
University of New South Wales（新南威尔士大学）；Defence Science and Technology Group（国防科学与技术集团）；University of Western Australia（西澳大学）
本研究提出基于机器学习的波前校正算法，用于解决卫星到地球连续变量量子密钥分发中的波前误差问题，提升安全密钥率。
2025-08-14 eess.SP physics.optics quant-ph
Compact Continuous-Variable Quantum Key Distribution System Employing Monolithically Integrated Silicon Photonic Transceiver
High Capacity Optical Transmission Lab, Eindhoven University of Technology（荷兰埃因霍温理工大学高容量光传输实验室）
本文提出一种基于单片集成硅光子双极化收发器的连续变量量子密钥分发系统，采用PS-64-QAM技术，在25公里标准单模光纤上实现了1.9 Mbit/s的密钥速率。
2026-03-30 cs.SY eess.SY quant-ph
Satellite quantum communications when man-in-the-middle attacks are excluded
量子通信的一个应用是在称为量子密钥分发（QKD）的过程中传输量子比特以创建共享的对称加密密钥。与公钥-私钥加密相反，对称加密是安全的，不受（量子）计算攻击，即它提供前向安全性，因此对安全通信很有吸引力。在本文中，我们认为，对于自由空间量子通信，特别是与卫星的通信，如果假设可以通过经典的信道监测技术检测到中间人攻击，则可以实现简化的量子通信协议和硬件系统，以提供更高的密钥速率。我们称这些协议为光子密钥分发（PKD），以区别于标准的QKD协议。我们确定了三种类型的光子源和计算渐近密钥速率PKD协议，并比较他们的QKD同行。结果表明，PKD协议大约有两个更高的速率的一个因素，因为只有一个测量基础是使用，由于宽松的安全假设可以建立密钥在非常高的损失，而在QKD的隐私放大过程变得令人望而却步。
2019-04-24 quant-ph
Optimization of Information Reconciliation for Decoy-State Quantum Key Distribution over a Satellite Downlink Channel
本文针对低地球轨道卫星下行链路QKD密钥生成量少的问题，通过建立包含链路几何、闪烁效应和诱骗态信号强度的时变QBER精确模型，优化信息协调效率，使诱骗态BB84协议的安全密钥长度在现实场景下提升近3%。
2025-11-07 cs.CR cs.IT math.IT
Blockwise Key Distillation in Satellite-based Quantum Key Distribution
本文针对卫星量子密钥分发中信道噪声随时间异质变化的问题，比较了非分块与分块密钥蒸馏策略，并通过仿真证明分块策略可提升高达5%的密钥率，且仅需修改经典后处理即可部署。
2023-07-10 quant-ph
Polarization correction towards satellite-based QKD without an active feedback
量子密钥分发（QKD）是一种使双方共享一个安全密钥串的密码协议，可用于一次一密密码体制。对实现QKD协议的长距离光子实现的兴趣一直在激增。然而，这一努力在许多方面具有挑战性。特别是，主要挑战之一是单光子的偏振自由度在通过光纤或大气湍流传输时受到影响。传统上，采用基于主动反馈的机制来实现实时偏振跟踪。在这项工作中，我们提出了一种替代方法，我们首先进行状态层析重建的输出密度矩阵。然后，我们评估的最佳测量基地在鲍勃的结束，导致双方的测量结果的最大（反）相关性。作为原理证明演示，我们实现了实验室内的BBM 92协议--一种使用量子纠缠作为资源的QKD协议的特定变体--以验证我们技术的性能。我们在实验上产生了具有$94\%$保真度和$\ketψ_1 = 1/\sqrt{2}\,(\ket{HV}+\ket{VH})$态以及$0.92$共存的偏振纠缠光子对。通过考虑代表性的1 ns重合窗口跨度，我们能够实现$\approx 5\%$的量子误码率（QBER）和$\approx 35$ Kbps的密钥速率。该协议的性能与通过光纤的局部偏振旋转无关。我们还开发了一种算法方法来优化密钥速率和QBER之间的权衡。我们的方法避免了主动偏振跟踪的需要。我们的方法也适用于基于纠缠的QKD演示使用部分混合以及非最大纠缠态，并扩展到单光子实现光纤通道。
2022-08-19 quant-ph
Feasibility of space-based measurement-device-independent quantum key distribution
测量设备无关（MDI）QKD被认为是克服当前可信卫星范式的替代方案。然而，基于空间的MDI-QKD的可行性仍然不清楚的因素：地面站和卫星之间的高损耗上行链路，当两个地面站同时可见时的有限持续时间，以及在执行贝尔状态测量（BSM）时对双光子干涉的严格要求。在本文中，我们提出了基于Micius卫星的天基MDI-QKD的可行性评估。结合轨道动力学模型和大气信道模型，给出了一个框架，对轨道高度、仰角、收发器孔径和大气湍流强度等参数空间进行了探索，给出了提高密钥速率的考虑因素，为天基MDI-QKD的实现提供了相关的参数权衡。我们进一步研究了MDI-QKD的核心，双光子干涉的考虑，如频率校准和时间同步技术，以防止多普勒频移，以及如何执行强度优化方法在动态和非对称信道。我们的工作可以作为一个探路者，以支持决策，包括选择未来的量子通信卫星任务。
2020-12-29 quant-ph
