基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案

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1、万方数据第26卷第5期2009年9月量子电子学报CHINESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSV01．26No．5Sep．2009DOI：10．3969／j．issn．1007-5461．2009．05．009基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案吴张斌，陈光，杨伯君(北京邮电大学理学院光通信与光波技术教育部重点实验室，北京100876)摘要：量子密钥分发所面临的最主要问题足如何实现高码率、远距离的量子密钥传输。为提高量子保密通信系统量子密钥生成的速率，将双探测器量子密钥分发方案应用于BBM92协议，并分别在理

2、想纠缠光源、参量下转换纠缠光源两种情况下进行了数值仿真。对系统性能进行对比后得出：在BBM92协议中利用双探测器，量子密钥分发系统的密钥生成率明显高于单探测器系统，而误码率大幅度低于单探测器系统。理想光源情况下传输距离可扩展到300km，参量下转换光源的情况下，传输距离也可达250km。关键词：量子光学；量子密钥分发；双探测器；BBM92协议；密钥生成率中图分类号：0431．2文献标识码：A文章编号：1007_5461(2009)05—0560-05ImprovementofperformancedistributionofBBM92qu

3、antumkeysystemWUZhang-bin，()HENGuang，YANGBo-jun(KeyLaboratoryofOpticalCommunicationandLightwaveTechnologies，MinistryofEducation，SchoolofScience，BeijingUniversityofPostsandTelecommunications，Beijing100876，China)Abstract：Atpresent，themostimportantproblemofquantumkeydistribu

4、tionishowtorealizethekeytransmissionforlongdistanceandhighkeygenerationrate．DualdetectorsareusedinquantumkeydistributionandsimulationsareperformedforBBM92quantumkeydistributionsystemwithidealandparametricdownconversionsources．Simulationresultsdemonstrateimprovementsofkeys

5、generationrateinBBM92protocolusingdualdetectors，aswellaslowererrorbitrate．Securecommunicationdistancecanreach300kmwhenidealsourcesareintroducedand250kmwithparametricdownconversionsources．Keywords：quantumoptics；quantumkeydistribution；dualdetectors；BBM92protocol；keygenerati

6、onra土e1引言量子密码学是密码学与量子力学结合的产物，其安全性由Hersenberg测不准原理、量子不可克隆定理以及量子相干性来保证，同时能对窃听者的窃听行为进行检测【1J，在理论上可以提供给通信系统无条件的安全性。但实际的量子密钥分发系统不可避免地存在误码。为了保证安全

7、生，Alice和Bob需要对误基金项目作者简介导师简介收稿日期国家自然科学基金(60578043)．北京市教委共建项目(XKl00130937)吴张斌(1984一)，陕西人，硕士。主要从事量子通信方面的研究．E-mail：wuzbin@gmail．com杨伯君(19

8、38一)，教授，博士生导师，主要研究方向为量子通信．E—mail：bojunyan999(国sina．com2008—10—07；修改日期：2008—12—23万方数据第5期吴张斌等；基于BBM92协议的量子密钥分发系统改进方案561码率进行分析。如果误码率超过阈值，则极可能存在窃听，终止该次通信并舍弃这次通信的结果。如果没有超过阈值，Alice和Bob可以通过密性放大来使窃听者所获信息量减少为零。即使没有窃听，由于仪器噪声或是环境因素等影响，系统也会产生一定的误码率，称为固有误码率。系统总的误码率由固有误码率和窃听误码率两部分组成。如果

9、Alice和Bob不能区分固有误码率和窃听误码率，他们将不得不把固有误码率也视为南窃听引起的，这样将会牺牲更多的密钥来进行错误检测和密性放大。随着通信距离的增加，探测器噪声引起的误码率也将急剧