基本信息
- 项目名称：
- 量子密钥分配的研究及其经典仿真
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 实用的量子密钥分配仿真是最新的研究领域。本文进行了三项量子仿真研究：BB84协议仿真；发送设备不理想的仿真；诱骗态方案仿真。仿真模拟了光子偏振发送器等量子器件。同时研究了数据协调的两种方法，得出各自适用范围。 本文的仿真工作为攀登量子仿真之峰铺设了台阶，指引了方向，还可指导量子信息仪器设备的参数设置，促进量子密钥分配的进一步实用化。
- 详细介绍：
- 量子技术以超快速计算和绝对安全通信为特征，是未来百年经济发展的技术关键。量子信息处理是非常复杂的系统，实验处理的仪器设备基数在数百万到数千万之间，实际操作中一个都不能有错，因此仿真起着至关重要的作用。 相比实验的高昂经费，经典计算机仿真是更普遍的研究方法，也是量子密码通信研究的一种重要方法。本文对量子密钥分配进行仿真研究，具体工作是在振幅衰减信道中仿真BB84协议，计算其安全码率...(查看更多)
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 由于量子态的物理特性，使得在实验室里制备量子态比较困难，同时对制备的量子态进行测量也非常复杂且代价昂贵，加之非理想光源的使用以及信道噪声的影响，都使得实际量子密钥分配的安全传输距离受到了限制。因此，仅是一些标准的量子密钥分配协议得到了实验的验证，大部分的协议只是在理论上得到了证实。 为建立理论和实际之间的桥梁，本项目对BB84协议、通信仪器设备、不理想设备等进行了仿真。
科学性、先进性及独特之处
- 将量子噪声信道建模为振幅衰减信道，并对密钥分配过程中使用的光学器件进行了模拟，最终得到的仿真结果符合V. Giovannetti和R. Fazio给出振幅衰减信道的保密信道容量理论值。 在数据协调的过程中，本作品使用了二分法纠错和级联法纠错，并且比较两种纠错方式的结果，得到了各自纠错能力较好的范围。 此外，本作品还对仪器设备不理想的情况进行了仿真:偏振制备器小角度的偏移和单光子制备器的不理想。
应用价值和现实意义
- 量子通信具有非常高的保密性，因此运用领域广泛，具有良好的市场经济效应。 目前对于QKD的研究基本限于理论和实验。然而，无条件安全协议的理论发展深化了进一步的实验验证的必要性。考虑到精确的量子容量计算的困难性，以及实际量子光通信系统设备是十分昂贵的，购买实验设备进行研究不现实。为了弥合理论与实验的差距，本文使用了经典的计算机模拟，给出了用经典计算机仿真来研究QKD的可行性的例子。
学术论文摘要
- 在量子测不准原理和量子不可克隆定理的保证下，量子密钥分配方案在通信中可以达到绝对安全，其安全性已经在过去的几十年中被证明。然而，很多安全性分析都是基于理想化的系统元器件。实际中，仪器的不完美是不可避免的，这就对实验设备提出了非常高的要求，造成了实际系统中的量子密钥生成率和最大安全传输距离的局限性。 相比实验的高昂经费，经典计算机仿真是更普遍的研究方法，也是量子密码通信研究的一种重...(查看更多)
获奖情况
- 浙江省第十二届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛二等奖； 浙江工商大学第十届“希望杯”学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 2010年10月18~20日,日本东京,NICT、IPA和AIST举行的“Updating Quantum Cryptography and Communication 2010” 国际会议上张贴摘要"Simulation of BB84 Quantum K...(查看更多)
鉴定结果
- 论文"Simulating BB84 protocol in amplitude damping channel"已被 EI收录
参考文献
- 1. 马瑞霖. 量子密码通信[M]. 北京：科学出版社，2006. 2. 郑大钟, 赵千川 (译). 量子计算和量子信息(二)[M]. 北京：清华大学出版社，2004. 3. D. Stucki, N Walenta, F Vannel, et al. High rate, long distance quantum key distribution over 250km of...(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 在量子信息的所有分支中，量子密码是最接近于实用的量子信息技术。经过近20年的发展，量子密码通信目前已从单纯研究走向实际应用。 量子密钥分配是量子密码的核心技术。第一个量子密钥分配协议是Bennett和Brassard于1984年提出的，即著名的BB84协议，具有无条件安全性。 1989年，Bennett和Brassard等人首次用实验验证了BB84协议；1993年，Muller，...(查看更多)
