信息安全研究

鲍皖苏

2017, 3(1): 2-12.

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针对密钥信息泄露影响实际量子密钥分配(quantum key distribution, QKD)系统安全性的问题，基于有限长密钥分析方法，给出了认证密钥更新过程中密钥信息泄露的刻画方法，分析了密钥有限长条件下信息泄露对实际QKD系统认证安全性带来的影响.进一步围绕密钥有限长导致认证密钥安全强度的递减问题，基于实际QKD系统的密钥信息泄露和可组合安全性，提出了初始认证密钥的使用寿命分析方法，给出了密钥有限长条件下初始认证密钥使用寿命的计算表达式；数值模拟表明，提出的信息泄露计算方法严格刻画了实际QKD系统抵抗基于信息泄露攻击的能力，给出的使用寿命计算方法能更加准确地度量初始认证密钥的周期寿命.

量子随机数发生器

周泓伊

2017, 3(1): 23-35.

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利用量子物理中的基本原理可以产生真随机数，它们在许多应用尤其是密码学中起到重要作用.对一个量子系统进行测量得到的真随机性揭示了量子特性——相干性，这是一个区分量子力学和经典力学的重要特性.根据对设备的信赖程度，量子随机数发生器可以被分为三大类：第1类是实用化的量子随机数发生器，这类发生器需要充分信任设备并建立适当的物理模型对设备进行描述，通常可以有很高的随机数产生率；第2类是自检测量子随机数发生器，可以在不信任设备的条件下产生随机数；第3类是半自检测量子随机数发生器，它是介于前2类之间的一类方案，通过部分地信任设备来获得相对较高的随机数产生率.

光纤量子隐形传态技术最新进展

夏秀秀

2017, 3(1): 36-43.

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量子隐形传态自1993年被提出后，在理论和实验领域均获得了长足发展.量子隐形传态不仅可以帮助探究量子力学的奥秘，也是量子技术的基石，可被应用于量子中继和分布式量子计算等量子网络的重要组成元素中.在实际运用于量子网络前，量子隐形传态尚有许多亟待解决的技术难题，其中包括独立源的量子干涉.解决独立源的干涉问题，意味着要将来自不同光源的光子在各个自由度上都不可区分.如果光子还需要通过被外界环境影响而性质随时变化的光纤，难度又会极大提高.最近，合肥和卡尔加里的2个实验组解决了独立源的干涉问题，同时完成了拥有独立源的量子隐形传态的外场实验，为实现全球化实用量子网络迈出了关键一步.

连续变量量子密钥分发技术研究进展

刘维琪

2017, 3(1): 44-52.

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随着科学与技术的发展，量子保密通信以其高安全性等特点受到社会各界的关注，其核心是量子密钥分发(quantum key distribution, QKD).它有2种实现方式：离散变量量子密钥分发(discretevariable quantum key distribution, DVQKD)和连续变量量子密钥分发(continuousvariable quantum key distribution, CVQKD)，其中连续变量量子密钥分发技术出现时间相对较晚，但凭借其先天优势，近十几年来得到了迅速的发展.针对连续变量量子密钥分发技术与运用研究有许多不同的协议并从安全性方面对其进行了论证.为了验证这些协议的可实现性，开展了大量的实验研究并取得了可喜的成果，极大地推进了连续变量量子密钥分发技术的发展.在理论和实验的基础上研制出了样机产品，并通过实地实验研究了连续变量量子密钥分发网络，推动了连续变量量子保密通信技术的实用化和产业化.

光晶格中超冷原子自旋纠缠的研究

杨兵

2017, 3(1): 53-59.

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多粒子量子纠缠是进行量子计算的关键资源，近年来发展起来的光学晶格技术为操控大量超冷原子量子比特进行信息处理带来了机遇.介绍在超冷原子自旋比特纠缠实验研究中取得的最新进展.此工作为使用光晶格中超冷原子间纠缠进行量子计算奠定了实验基础.

超过404km的测量设备无关量子密钥分发实验

尹华磊

2017, 3(1): 74-79.

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利用诱骗态方法的测量设备无关的量子密钥分发可以避免不完美单光子源和探测器损耗带来的安全漏洞威胁.在实际应用的量子密钥分发中，增加传输距离和提高安全成码率是一个中心任务.报道了关于利用最优化的四强度诱骗态方法来演示测量设备无关的量子密钥分发MDIQKD的实验，其利用超低损耗光纤安全传输达到404km，利用标准光纤安全传输达到311km，在MDIQKD领域甚至所有类型的量子密钥分发中创造了新的安全传输记录.在相同实验条件下，传统BB84量子密钥分发协议即使利用完美的单光子源也不可能实现安全成码.该实验在证明和发展可行的长距离量子密钥分发取得了重要进步.

实用化量子通信技术

周飞

2017, 3(1): 80-85.

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量子通信是唯一得到严格证明、能从原理上确保无条件安全的通信技术.狭义地讲，量子通信技术指的是量子密钥分发技术，基于理想BB84协议的量子密钥分发技术被证明是绝对安全的，而现实系统无法完全满足理想化条件，其中非理想光源很容易受到光子数分束攻击，而基于BB84协议的诱骗态量子密钥分发方案能很好地解决非理想光源的安全通信问题.

实用化量子随机数发生器研究进展

聂友奇

2017, 3(1): 86-90.

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量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置．最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数，其速率很低，无法满足大多数应用的需求.为了提高速率，提出并实现了一个实用且高速的基于光子相对于外部固定参考的到达时间的量子随机数发生器方案，其原始随机数据符合均匀分布，原始比特率达到了109Mbps.然而，对于某些应用场景，比如高速量子密钥分发系统，这个速率依然不够高.为了满足对超高速率的需求，实验实现了速率高达68Gbps的基于激光相位波动测量的量子随机数发生器方案.激光相位波动被干涉仪转化成亮度信息被高速光电探测器探测，然后量化为产生速率为80Gbps的原始随机数.为了满足干涉仪稳定性的需求，使用主动反馈技术代替了传统的温度控制来实现相位稳定控制.通过对系统建模分析，估算出原始数据中的量子随机性，经过Toeplitz矩阵提取之后得到最终的量子随机数，产生速率可以达到68Gbps.然而，对于一个实用的量子随机数发生器，速率的瓶颈在于非常低的随机性提取速率.为了关闭这个间隙，提出并在高速FPGA中实现了基于Toeplitz矩阵的流水线式的随机性提取算法.同时QRNG的所有组成部分被集成到一个紧凑的模块中.这个包括实时后处理与实时传输的QRNG模块，其最终的比特率达到了32Gbps.这一系列的研究进展表明高速量子随机数发生器已经走向了实用化进程.

量子密钥分发的高速诱骗态量子光源

杜海彬

2017, 3(1): 91-95.

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实现了1.55μm波段的高速量子密钥分发(quantum key distribution, QKD)光源.通过产生2个不同的伪随机电脉冲驱动半导体激光器，得到了2种25ps、包含信号态和诱骗态的激光脉冲，并且它们的光谱特性十分相似，可以避免窃听者通过时频分析进行窃听.通过量化控制光源的强度涨落，以满足在随机强度误差下诱骗态量子密钥分发的实际应用.此外，经过高速的单光子探测器的测量，分析了所提出的光源的特性.

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