Foiling zero-error attacks against coherent-one-way quantum key distribution
为了保护实际的量子密钥分发（QKD）不受光子数分裂攻击，人们可以测量接收信号的相干性。遵循这种方法的一个突出示例是相干单向（COW）QKD，其可商购获得。然而，令人惊讶的是，最近已经表明，其密钥速率与信道透射率成二次关系，因此，该方案不适合长距离传输。这个结果是通过使用零错误攻击得到的，零错误攻击可以防止安全密钥的分发而不会引入任何错误。在这里，我们研究了各种对策，以挫败零错误攻击COW-QKD。它们需要监测一些额外的可用检测统计，或者增加发射的量子态的数量。我们得到了密钥速率的渐近安全上界，该上界与信道传输率接近线性关系，从而表明了对策的有效性，以提高该协议的性能。
2021-08-27 quant-ph
Zero-error attack against coherent-one-way quantum key distribution
相干单向量子密钥分发（COW）有望通过简单的实验装置在长距离上分发密钥。实际上，该方案目前用于商业应用。然而，令人惊讶的是，最近已经表明，它的秘密密钥速率与系统的透射率最多成二次方，因此，它不适合长距离QKD传输。这种悲观的结果是通过采用所谓的零错误攻击，其中窃听者不引入任何错误，但系统的合法用户仍然不能提取安全密钥。在这里，我们提出了一个零错误的攻击COW-QKD基本上是最佳的，在这个意义上，没有其他攻击可以进一步限制其最大可实现的距离在没有错误。这转化为其秘密密钥速率的上限，该上限比先前已知的上限低一个数量级以上。
2021-01-18 quant-ph
Quantum soft filtering for the improved security analysis of the coherent one-way quantum-key-distribution protocol
对实用的量子密钥分发（QKD）系统进行精确的安全性分析是提高其性能的重要环节。在这里，我们考虑一类量子软滤波操作，它推广了明确的状态歧视（USD）技术。这些操作可以应用作为原始相干单向（COW）QKD协议的安全性分析的基础，因为它们的应用介于分束（BS）和USD攻击之间。我们证明了基于量子软滤波操作的零错误攻击在给定的损失水平下为Eve提供了更大量的信息。我们计算Eve信息作为信道长度的函数。所提出的攻击的效率高度依赖于控制（诱饵）状态的统计信息的维护下的监测水平，最好的情况下，在没有维护控制状态统计信息的情况下实现的结果。我们的研究结果形成了额外的要求，分析实际的QKD系统的基础上的COW QKD协议及其变种提供了一个上限的安全性。
2020-03-23 quant-ph
Experimental Simulation of Two Pulses and Three Pulses Coherent One Way Quantum Key Distribution Protocol in Noisy/Noiseless and Wired/Wireless Environment
本研究在Optisystem v21.1中仿真了双脉冲及三脉冲COW QKD协议，在噪声/无噪声及有线/无线环境下验证其编解码与传输完整性，为不同天气条件下的实际部署提供参考。
2024-09-23 quant-ph
Increasing the secret key rates and point-to-multipoint extension for experimental coherent-one-way quantum key distribution protocol
Qdit Labs Pvt. Ltd.（Qdit实验室私人有限公司）
研究通过在接收方数据线组合两个探测器时间槽信息提高相干单向QKD协议密钥率，增加最小QBER，还实现点到多点COW QKD协议，三用户通过后处理共享密钥，方法通用可用于COW协议任何实现。
2026-07-21 physics.optics quant-ph
Experimental demonstration of the DPTS QKD protocol over a 170 km fiber link
量子密钥分发（QKD）是一种很有前途的技术，旨在解决量子计算机的出现所带来的安全问题。虽然今天的主要理论方面已经发展得很好，但在可实现的链路距离和密钥速率方面的有限性能正在阻止该技术的大规模部署。最近的QKD协议使用多个自由度来编码量子态，可以增强系统性能。在这里，我们提出了实验演示的差分相位时移协议（DPTS）高达170公里的光纤链路。我们比较其性能与著名的相干单向（COW）和差分相移（DPS）协议，展示了更高的密钥速率高达100公里。此外，我们在同一光纤中传播经典信号，证明量子和经典光的兼容性。
2019-01-07 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
Theoretical analysis of quantum key distribution systems when integrated with a DWDM optical transport network
本研究通过理论和数值仿真分析了拉曼散射、四波混频和串扰噪声对三种QKD系统性能的影响，计算了不同信道分配方案下的安全密钥生成率，并基于最大可达距离评估了C波段和O波段的系统表现。
2023-05-17 quant-ph
Chip-based Quantum Key Distribution
提高信息的安全传输是政府、企业和个人的迫切实际需求。量子密钥分发（QKD）承诺基于物理定律的安全性，并且已经从概念验证迅速发展到强大的演示，甚至商业系统的部署。尽管取得了这些进展，但QKD尚未被广泛采用，实际的大规模部署可能需要基于芯片的集成设备，以提高性能，简化和增强功能，完全集成到经典的通信网络中。在这里，我们报告低错误率，GHz时钟QKD操作的InP发射机芯片和SiO $_x$ N $_y$接收机芯片-单片集成器件，使用最先进的组件和制造工艺，从电信行业。我们使用这些设备的可重构性来演示三个重要的QKD协议-- BB84，相干单向（COW）和差分相移（DPS）--与最先进的性能相当。这些设备，当与集成的单光子探测器相结合时，满足未来QKD网络各个层次的需求--从使用点到骨干网--并且打开了在现有的和新兴的经典通信网络中操作的途径。
2015-09-02 quant-ph
Implementation of coherent one way protocol for quantum key distribution up to an effective distance of 145 km
本文实验实现了1550 nm波长下基于光纤的COW QKD协议，通过在40-120 km距离改变探测器等参数研究其对密钥率的影响，并利用5 dB衰减器等效25 km光纤，将有效传输距离扩展至145 km。
2023-09-14 quant-ph
Enforcing IID structure on time-bin encoded QKD protocols via coarse-graining
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Institute for Quantum Computing（量子计算研究所）；Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo（滑铁卢大学物理与天文系）；Cheriton School of Computer Science, University of Waterloo（滑铁卢大学切里顿计算机科学学院）；New York University Shanghai（纽约大学上海分校）
针对时间-bin编码QKD协议因干涉仪轮次间相干性阻碍安全性证明应用的问题，通过丢弃Bob测量数据中敏感探测器结果恢复IID结构，提升密钥率且无需限制Eve攻击。
2026-07-30 quant-ph
Enhancing the security of coherent one-way quantum key distribution using CHSH correlations
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）
本研究通过极小改动COW协议，利用CHSH关联监测量子关联以检测更多攻击，将其最大安全距离从不足20km延长至约259km，增强了该量子密钥分发协议的安全性。
2026-07-30 quant-ph
Backflash Attack on Coherent One-Way Quantum Key Distribution
本文实验研究了针对COW-QKD系统中SPAD击穿闪光的信息泄露，结合密钥蒸馏引擎量化窃听者信息增益，并提出缓解策略。
2025-05-06 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
High speed coherent one-way quantum key distribution prototype
我们报告的第一个现实世界的实施量子密钥分发（QKD）系统在43 dB损耗的传输线在瑞士电信光纤网络。QKD系统能够连续和自主操作，并使用相干单向（COW）协议。该系统汇集了未来QKD系统的三个关键概念：简单的高速协议;高性能检测;以及组件级以及与标准光纤网络连接的集成。在这里，我们展示了该系统的实验室和现场试验结果。完整的原型版本使用InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），并进行了长达150公里的实验室测试，在100公里内进行了10小时的平均约2kbps的实时提取秘密比特的交换。在现场实验中，我们获得了平均分配率为2.5bps的43 dB的损失线150公里，在3小时内，当使用超导单光子探测器（SSPD）。
2008-09-30 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
Two-Point Attack on the Two Nonorthogonal State QKD Protocol over a Fiber-Optic Channel
针对光纤信道上的两个非正交态量子密钥分发协议，提出了一种两点窃听策略。假设Alice、Bob和Eves的单光子源和探测器均为理想单光子源和探测器，只要Alice和Bob之间的距离足够长，两点攻击就可以破坏两个非正交态协议。对于单光子类型的B92协议，距离的上限约为30公里。有趣的是，Bennett的原始多光子协议是安全的两点攻击和光束分裂攻击，即使该协议是用弱脉冲源实现的。
2003-10-23 quant-ph
Coherent-State-Based Twin-Field Quantum Key Distribution
由于量子密钥分发（QKD）的速率-距离限制，大规模量子通信网络仍然是一个巨大的挑战。最近，双场（TF）QKD已经被提出来克服这个限制。在这里，我们证明了基于相干态的TF-QKD是一个时间反转的纠缠协议，其中纠缠的产生是通过纠缠相干态测量的纠缠交换操作来实现的。利用相干态和猫态编码，提出了一种在对称和非对称信道下均具有最优密钥速率的基于相干态的TF-QKD。此外，我们表明，我们的协议可以转换为所有最近的相干状态为基础的TF-QKD协议，通过使用我们的安全性证明。通过将纠缠纯化与双向经典通信相结合，提高了所有基于相干态的TF-QKD协议的传输距离。
2019-11-20 quant-ph
High-Fidelity Coherent-One-Way QKD Simulation Framework for 6G Networks: Bridging Theory and Reality
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
Large Alphabet Set Time-bin Encoded Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution
Indian Institute of Science（印度科学研究所）
通过多时间箱编码增加字母集大小，提高测量设备无关量子密钥分发的安全密钥率，实验实现了2.63-3倍提升。
2026-05-31 quant-ph
A high-speed multi-protocol quantum key distribution transmitter based on a dual-drive modulator
我们提出了一种新的源的基础上的双驱动调制器，是适应性强，并允许爱丽丝选择各种实用的量子密钥分发（QKD）协议，这取决于她是什么接收器通信。实验结果表明，该发射机适用于实现Bennett和Bennard 1984（BB84）、相干单向（COW）和差分相移（DPS）协议，具有稳定和低的量子误码率。这可以成为网络QKD中的有用组件，其中多协议能力是非常期望的。
2013-09-11 physics.optics 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
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
Full-field implementation of a perfect eavesdropper on a quantum cryptography system
量子密钥分发（QKD）允许两个远程方增长共享密钥。它的安全性建立在量子力学的基础上，但实际上它严重依赖于物理实现。以前已经探索了QKD系统的技术缺陷，但到目前为止还没有实现对已建立的QKD连接的攻击。在这里，我们展示了对正在运行的QKD连接进行完整攻击的第一个全场实现。安装的窃听器获得整个“秘密”密钥，而合法方监视的参数中没有一个指示安全漏洞。这证实了QKD物理实现中的非理想性可以完全实际利用，并且如果量子密码术要变得高度安全，则必须对其进行更严格的审查。
2012-03-18 quant-ph
Characterizing high-quality high-dimensional quantum key distribution by state mapping between different degree of freedoms
量子密钥分发（QKD）利用量子力学保证合法通信双方之间的安全通信。高维量子密钥分配（HDQKD）不仅提高了密钥传输速率，而且可以容忍更高的量子误码率（QBER）。由于轨道角动量光子的自由度是HD量子信息的潜在资源，许多HDQKD实验已经通过利用轨道角动量光子来实现。在这项工作中，我们提出并表征了一个高质量的HDQKD的偏振-OAM混合状态的基础上，可以实现通过利用不同的自由度之间的状态映射。原理验证实验的准备和测量过程都简单稳定。实验验证了采用弱相干光源和诱饵态方法可以实现四维量子密钥分发的$(0.60\pm 0.06)\%$ QBER和$1.849\pm 0.008$比特/筛选信号的密钥速率。
2019-02-15 quant-ph
On-demand quantum key distribution using superconducting rings with a mesoscopic Josephson junction
提出了一种基于介观约瑟夫森结超导环上制备的长寿命相干态的量子密钥分发协议。这使得在实际执行密钥分发之前能够长时间存储准备好的状态。我们的按需QKD协议与基于相干态的连续变量量子密钥分发协议密切相关。详细分析了进行量子密钥分发所需的准备、演变以及在dc-SQUID上实施的不同测量方案。我们提出了两个变种的协议，一个需要时间戳的状态，并提供了更高的密钥速率和其他没有时间戳和较低的密钥速率。这是朝着具有基于非光子的QKD协议迈出的一步，这最终将是期望的，因为光子状态不能被长时间存储，因此密钥分发必须在光子交换发生之后立即实现。我们的协议提供了一个创新的方案来执行QKD，并可以实现使用当前的实验技术。
2018-08-20 quant-ph
Secure Quantum Communication with Orthogonal States
在大多数安全量子通信协议中（如BB84、B92等），协议的无条件安全性是通过使用共轭编码（两个或多个相互无偏基）来获得的。最初，所有基于共轭编码的安全量子通信协议都局限于量子密钥分发（QKD），但后来它们被扩展到其他密码任务（如安全直接量子通信和量子密钥协商）。与基于共轭编码的协议相比，一些基于完全正交状态的无条件安全QKD协议（如GV协议和N09协议）也被提出。然而，直到最近，基于正交状态的协议仅是一个理论概念，并且仅限于QKD。直到最近，基于正交状态的量子密钥分配协议才被实验实现，并扩展到量子密钥分配以外的密码任务。本文对本课题组和其他研究人员最近提出的基于正交态的量子保密通信协议进行了简要的综述。
2014-07-12 quant-ph
Experimental implementation of distributed phase reference quantum key distribution protocols
本研究在电信波长下实验实现了基于光纤的相干单向和差分相移QKD协议，并分析了密钥率随距离、披露率、压缩比和探测器死时间等参数的变化。
2023-12-30 quant-ph
A measurement-device-independent quantum key distribution network using optical frequency comb
本文提出基于波分复用MDI-QKD协议与集成光学频率梳的全连接多用户网络，实验实现高密钥率及两对用户同时安全密钥共享。
2025-02-17 quant-ph
High-dimensional quantum key distribution using energy-time entanglement over 242 km partially deployed fiber
基于纠缠的量子密钥分发（QKD）具有源无关安全性和构建大规模量子通信网络的潜力，是量子通信的重要组成部分。然而，在长距离光纤链路上实现基于纠缠的QKD仍然具有挑战性，特别是在部署的光纤上。在这项工作中，我们报告了一个实验QKD使用能量-时间纠缠光子对，在242公里的光纤传输（包括一段19公里部署的光纤）。在两个非正交基中，用原始条纹的体积分数分别为94.1 $\pm$ 1.9%和92.4 $\pm$ 5.4%的Franson型干涉验证了高质量的纠缠分布。量子密钥分配是通过色散光学量子密钥分配协议来实现的。应用高维编码以更有效地利用重合计数。该系统采用可靠的高精度时间同步技术，即使在没有主动极化或相位校准的情况下，也能连续运行7天以上。我们最终生成的安全密钥的安全密钥速率为0.22 bps和0.06 bps的渐近和有限大小的制度，分别。该系统与现有的通信基础设施兼容，在未来实现大规模量子通信网络方面显示出巨大的潜力。
2022-12-06 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
Differential-phase-shift QKD with practical Mach-Zehnder interferometer
针对现有差分相移量子密钥分发安全性证明对测量单元假设不切实际的问题，提出结合分束器透射率实际波动的安全性证明，验证了实用装置下协议的可行性。
2024-08-24 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
High-order encoding schemes for floodlight quantum key distribution
泛光量子密钥分发（FL-QKD）在频域集体攻击下实现了1.3Gbit/s的密钥传输速率（SKR）[Quantum~Sci.~ Technol. { \bf 3}，025007（2018）]。它通过多个光学模式的二进制相移键控（BPSK）实现了这一显着的SKR。此外，它是利用现有技术实现的，没有空分或波分复用。在本文中，我们探讨了用高阶编码取代FL-QKD的BPSK调制是否可以进一步增加该协议的SKR。首先，我们表明，使用$K = 32$进行$K$ -ary相移键控将使[Phys.~修订版~ A { \bf 94}，012322（2016）]用于50 km长光纤链路上的FL-QKD的BPSK SKR。其次，我们表明，$2d\times 2d$正交幅度调制（QAM）不提供任何SKR的改善超出了它的$d=1$的情况下--这是等效于正交相移键控-提供。
2018-04-03 quant-ph
High-rate continuous-variable quantum key distribution over 100 km fiber with composable security
本研究基于OFDM协议实现10 GHz符号速率的多载波CV-QKD，在可组合安全下100公里光纤达2.25 Mbps密钥率，性能较此前提升显著，为高速量子城域网奠定基础。
2025-03-19 quant-ph
Asymptotically Optimal prepare-measure Quantum Key Distribution Protocol
针对制备-测量QKD协议的最优安全界限问题，论文提出协议抽象并分析正交与非正交编码情形，给出不同C-NOT攻击下的渐近最优QBER界限。
2023-08-19 quant-ph
An Overview of CV-MDI-QKD
本文概述了结合连续变量与测量设备无关技术的CV-MDI-QKD协议，探讨其发展、特性及理论实验最新进展，以简化硬件并消除可信节点需求。
2025-08-07 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
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
Robust Quantum Public-Key Encryption with Applications to Quantum Key Distribution
本研究提出了一种仅需两条消息且满足永久安全性的 QKD 协议，基于抗量子单向函数假设，其核心贡献在于构建了仅依赖认证经典信道的量子公钥加密新方案。
2024-01-02 cs.CR quant-ph
Low-error encoder for time-bin and decoy states for quantum key distribution
本文提出一种基于嵌套Sagnac和Mach-Zehnder干涉仪的时间仓编码器MacZac，利用单个相位调制器实现诱骗态与态制备，具有超低本征QBER和高稳定性，可作为高性能低成本QKD系统的关键组件。
2023-11-03 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
Robust twin-field quantum key distribution through sending-or-not-sending
发送或不发送（SNS）协议是双场（TF）量子密钥分发（QKD）协议的最主要变体之一，并且已经在511 km的现场光纤中实现，这是迄今为止最远的现场实验。然而，在实际应用中，所有的诱骗态方法都不可避免地存在源错误，并且源错误可能是非随机的，这损害了现有TF-QKD协议的安全性。在这项研究中，我们提出了一个通用的方法来有效地计算SNS协议的安全密钥速率与源错误，通过建立等效的协议，通过虚拟衰减和标记模型。这使得TF-QKD在实际中的第一个结果，其中源强度不能被精确控制。我们的方法可以与主动奇校验配对等双向经典通信方法相结合，进一步提高密钥速率。数值结果表明，如果强度误差在百分之几以内，则密钥速率和安全距离仅略有降低。在511 km光纤中进行的SNS实验中，即使存在$\pm 9.5\%$强度起伏，用本文方法计算的密钥速率仍然为正。这表明SNS协议对源错误是鲁棒的。
2022-08-22 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
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
Versatile and concurrent FPGA-based architecture for practical quantum communication systems
本文提出了一种硬件和软件结构，可用于实现实用的量子密钥分发（QKD）和量子随机数生成（QRNG）方案的系统。该架构充分利用了片上系统（SoC）的能力，该SoC同时集成了现场可编程门阵列（FPGA）和双核CPU单元。通过将时间相关的任务分配给FPGA，并将管理分配给CPU，我们在包括SoC的商业现货（COTS）评估板上构建了一个具有优化资源共享的灵活系统。此外，通过改变可编程逻辑方向，可以将通用系统架构开发为QKD发射机，QKD接收机和QRNG控制捕获单元。最后，我们利用双核功能并实现了一个并发流设备来实现实际的QKD发射机，其中一个核心以持续的速率从外部QRNG源连续接收新鲜数据，而另一个核心与FPGA一起操作以驱动量子比特传输到QKD接收机。该系统经过长期运行测试，证明了其稳定性和安全性。该演示为更安全的QKD实现铺平了道路，具有完全无条件的安全性，因为QKD状态完全由真正的随机过程而不是确定性扩展算法生成。最终，这使得能够实现独立的量子发射机，包括随机数和量子比特的生成。
2021-07-05 cs.AR cs.ET quant-ph
Experimental round-robin differential phase-shift quantum key distribution
在传统的量子密钥分发（QKD）协议中，通过监测信号扰动来估计泄露的信息量来保证安全性，而实际上，信号扰动通常是由环境噪声和设备缺陷而不是窃听引起的。因此，这样的估计在实践中倾向于高估泄漏信息的量，导致误码率的基本阈值。量子密钥分配的阈值问题成为制约实用化量子密钥分配系统发展的瓶颈。在经典通信中，根据香农的通信理论，即使背景噪声与信号相比非常强，信息也可以通过噪声信道进行传输，因此误码率的阈值趋于50%。人们可能会想知道QKD方案是否也可以容忍高达50%的错误率。最新的循环差分相移（RRDPS）协议的出现，对这个问题做出了肯定的回答，它突破了误码率的基本阈值，预示着量子密码学的另一个潜在发展方向。实现RRDPS方案的关键挑战在于测量装置，这需要可变延迟干涉仪。延迟需要从一组预定值中随机选择。这种测量可以通过根据系统重复率在具有不同延迟的许多干涉仪之间高速切换来实现。可以选择的延迟值越多，可以容忍的错误率就越高。通过设计一个多开关光学系统，并采用主动稳相技术，我们成功地构建了一个具有128个主动可选延迟的可变延迟干涉仪。通过实验验证了RRDPS QKD协议的有效性，并通过18 dB的总损失和8.9%的错误率获得了15.54 bps的最终密钥速率。
2015-05-29 quant-ph
The Quantum Cryptography Approach: Unleashing the Potential of Quantum Key Reconciliation Protocol for Secure Communication
本文提出一种基于BB84改进的量子密钥协调协议，通过隐藏发送方基并使用多项式插值检测窃听，在IBM量子计算机上验证了不同噪声和窃听强度下的密钥生成成功概率。
2024-01-17 cs.CR quant-ph
A Quantum Key Distribution Testbed using a Plug&Play Telecom-wavelength Single-Photon Source
确定性固态量子光源被认为是未来通信网络的关键组成部分。虽然已经实现了几个使用这种源的量子通信原理验证实验，但其中大多数需要大型设置，通常涉及液氦基础设施或庞大的闭合循环低温技术。在这项工作中，我们报告的第一个量子密钥分发（QKD）的实验平台，使用一个紧凑的台式量子点单光子源工作在电信波长。即插即用装置在O波段波长（$1321\,$ nm）处发射单光子脉冲，并且基于集成到紧凑型斯特林制冷机中的直接光纤尾纤确定性制造的量子点装置。Stirling安装在一个19英寸的机架模块中，包括独立操作所需的所有附件。实现在一个简单的QKD实验台模拟的BB84协议与偏振编码，我们实现了反聚束的$g^{(2)}(0) = 0.10\pm0.01$和原始密钥速率高达$(4.72\pm0.13)\,$ kHz使用外部泵浦激光。在这种情况下，我们进一步评估我们的源的量子误码率，安全的密钥速率，并在QKD的完全实现预期的可容忍的损失也占有限的密钥大小的影响方面的性能。此外，我们调查的最佳设置的二维时间接受窗口应用于接收器侧，导致预测的可容忍的损失高达$23.19\,$ dB。最重要的是，我们将我们的结果与以前使用量子点单光子源的概念验证QKD实验进行了比较。我们的研究代表了利用亚泊松量子光源的基于光纤的量子安全通信网络的发展向前迈出的重要一步。
2022-01-05 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
Numerical security framework for quantum key distribution with bypass channels
Inria, ENS de Lyon（法国国家信息与自动化研究所，里昂高等师范学校）；Department of Mathematics, University of York（约克大学数学系）；Quantum Engineering Centre for Doctoral Training, H. H. Wills Physics Laboratory and Department of Electrical & Electronic Engineering, University of Bristol（布里斯托大学量子工程博士培训中心、H.H.威尔斯物理实验室及电气与电子工程系）；Inria, ENS de Lyon, LIP（法国国家信息与自动化研究所，里昂高等师范学校，计算科学与语言实验室）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland and NIST（马里兰大学与美国国家标准与技术研究院量子信息与计算机科学联合中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds（利兹大学电子与电气工程学院）
本文提出一种计算'绕过'场景下量子密钥分发密钥率的通用框架，发现当接收器探测器效率不匹配或使用弱相干脉冲时，BB84协议性能可提升。
2026-03-23 quant-ph
Quantum-secured data transmission in urban fibre-optic communication lines
量子密钥分发（QKD）是基于量子物理定律的通信安全技术。在这项工作中，我们报告了在俄罗斯联邦储蓄银行的基础设施在莫斯科的标准通信线路的量子安全数据传输的实施。该实验是在已经部署的具有显著损耗的城市光纤通信信道的基础上实现的。我们使用极化编码产生密钥的单向方案实现了诱饵态BB84 QKD协议。然后，量子生成的密钥用于硬件设备中的连续密钥更新，以在Sberbank的两个办公室之间建立量子安全的VPN隧道。所使用的混合方法为长期保护传输的数据提供了可能性;它有望融入现有的信息安全基础设施。
2018-06-03 cs.CR quant-ph
Exploiting Full Network Nonlocality From Quantum Key Distribution Perspective
Department of Mathematics, Jhargram Raj College（Jhargram Raj学院数学系）
本文提出利用全网络非局域性设计四参与者的网络化纠缠辅助量子密钥分发协议，通过违反三局部不等式实现安全性，并证明全网络非局域性比标准贝尔非局域性更安全。
2026-09-23 quant-ph
Quantum Key Distribution Using Multiple Gaussian Focused Beams
由自由空间QKD系统在{ \em近场}传播机制（与使用$\approx 7$ cm半径发射和接收孔径以及$1.55~μ$ m发射中心波长的$10$ km范围相关）中获得的秘密密钥速率可以受益于多个空间模式的使用。近年来的一系列理论研究已经建议使用轨道角动量（OAM）轴承光的空间模式来获得这种速率的提高。我们表明，上述的空间模式复用提供的近场速率的提高，可以实现由一个简单的建立重叠高斯光束阵列（OGBA）和像素化的检测器阵列。利用当前最先进的OAM模式排序效率，我们的OGBA架构的密钥速率性能可以非常接近（如果不是超过的话）采用OAM模式的系统的密钥速率性能，但成本只是其一小部分。
2016-10-13 quant-ph
Design and Experimental Realization of Various Protocols for Secure Quantum Computation and Communication
本文设计并实验实现了多种安全量子计算与通信协议，包括多输出量子隐形传态、量子广播、算符远程实现及量子匿名投票，并在IBM量子计算机上验证了QAV等方案，同时分析了QKD协议的密钥率。
2025-07-13 quant-ph
