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Quantum private query: A new kind of practical quantum cryptographic protocol
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作者 Fei Gao SuJuan Qin +1 位作者 Wei Huang QiaoYan Wen 《中国科学:物理学、力学、天文学英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第7期10-21,共12页
This research aims to review the developments in the field of quantum private query(QPQ), a type of practical quantum cryptographic protocol. The primary protocol, as proposed by Jacobi et al., and the improvements in... This research aims to review the developments in the field of quantum private query(QPQ), a type of practical quantum cryptographic protocol. The primary protocol, as proposed by Jacobi et al., and the improvements in the protocol are introduced.Then, the advancements made in sability, theoretical security, and practical security are summarized. Additionally, we describe two new results concerning QPQ security. We emphasize that a procedure to detect outside adversaries is necessary for QPQ, as well as for other quantum secure computation protocols, and then briefly propose such a strategy. Furthermore, we show that the shift-and-addition or low-shift-and-addition technique can be used to obtain a secure real-world implementation of QPQ, where a weak coherent source is used instead of an ideal single-photon source. 展开更多
关键词 QUANTUM CRYPTOGRAPHY QUANTUM PRIVATE QUERY QUANTUM secure MULTIPARTY computation QUANTUM oblivious KEY transfer QUANTUM KEY distribution
量子密钥分配系统波长攻击安全性分析
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作者 马媛媛 贾耕涛 +1 位作者 刘云 黄秀丽 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期342-347,共6页
量子密钥分配协议的无条件安全性建立在理想的量子设备、经典设备和随机数的假设下.实际系统与理想协议存在一定的差异性,这种差异性可能被窃听者利用,从而导致系统的不安全.利用分束器的分束比具有波长相关特性,窃听者可以采取波长攻... 量子密钥分配协议的无条件安全性建立在理想的量子设备、经典设备和随机数的假设下.实际系统与理想协议存在一定的差异性,这种差异性可能被窃听者利用,从而导致系统的不安全.利用分束器的分束比具有波长相关特性,窃听者可以采取波长攻击控制接收端测量基矢的选择。基于基矢选择的随机性偏差参数,给出分束器波长相关性的定量刻画方法。进一步利用纠缠提纯安全性分析技术,分析了量子密钥分配系统在波长攻击下的安全性,给出了不同随机性偏差参数下的安全密钥率公式。 展开更多
关键词 量子信息 量子密钥分配 波长攻击 安全密钥率
经典-量子信号共纤同传方案性能分析
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作者 程康 周媛媛 王欢 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期336-341,共6页
针对经典-量子信号共纤同传的两种方案-同波段同传和较远波段同传,分别推导了影响量子信号的主要噪声源-自发拉曼散射噪声计数率计算公式。在此基础上,分析了经典信号入射功率和传输距离对量子密钥分发性能的影响.仿真结果表明:在同等... 针对经典-量子信号共纤同传的两种方案-同波段同传和较远波段同传,分别推导了影响量子信号的主要噪声源-自发拉曼散射噪声计数率计算公式。在此基础上,分析了经典信号入射功率和传输距离对量子密钥分发性能的影响.仿真结果表明:在同等经典信号入射功率条件下,同波段同传方案的自发拉曼散射噪声计数率的数值大于较远波段同传方案;当经典信号入射功率上升时,同波段同传方案的自发拉曼散射噪声计数率随之上升的斜率远大于较远波段同传方案;两种方案量子密钥分发性能同时受到经典信号入射功率和传输距离影响,当经典信号入射功率较大、传输距离较近时,采用较远波段同传方案更合适,反之,当经典信号入射功率较小、传输距离较远时,同波段同传方案成为更优选择。 展开更多
关键词 量子光学 量子密钥分发 拉曼散射 经典-量子信号
基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配
4
作者 何业锋 王登 +2 位作者 杨红娟 宋畅 李东琪 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期301-306,共6页
提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方... 提出一种基于指示单光子源和量子存储的量子密钥分配方案。分析了其密钥生成率与安全传输距离和量子存储时间的关系,以及量子存储的退相干效应对最终密钥生成率的影响。研究了量子存储对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配方案的影响。仿真结果表明,在指示单光子源下,量子存储的实际相干时间增加,使得系统的安全传输距离增大,且量子退相干效应对最终的密钥生成率的影响微弱。 展开更多
关键词 量子光学 量子密钥分配 测量设备无关 指示单光子源 量子存储
量子保密通信关键技术及组网应用探讨 预览
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作者 李文华 袁夕征 熊晓然 《邮电设计技术》 2019年第2期69-75,共7页
基于量子密钥分发(QKD-Quantum Key Distribution)的量子保密通信为信息通信和安全领域提供了新的发展方向,获得了广泛的关注和显著的成效。以量子保密通信的关键技术为基础,结合量子保密通信组网架构的设计及应用实例,对量子保密通信... 基于量子密钥分发(QKD-Quantum Key Distribution)的量子保密通信为信息通信和安全领域提供了新的发展方向,获得了广泛的关注和显著的成效。以量子保密通信的关键技术为基础,结合量子保密通信组网架构的设计及应用实例,对量子保密通信组网应用进行探讨,为进一步拓展量子保密通信的组网应用提供重要的参考价值。 展开更多
关键词 量子密钥分发 量子保密通信 组网应用
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基于双边类型低密度奇偶校验码的连续变量量子密钥分发多维数据协调
6
作者 马识途 郭大波 +1 位作者 薛哲 贺超 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期305-312,共8页
在连续变量量子密钥分发(CVQKD)多维数据协调过程中,低密度奇偶校验码(LDPC)的纠错性能直接影响协调效率和传输距离。构造了一种双边类型的低密度奇偶校验码(TET-LDPC),引入了类似于重复累积码中的累积结构以提高其纠错性能,在多维数据... 在连续变量量子密钥分发(CVQKD)多维数据协调过程中,低密度奇偶校验码(LDPC)的纠错性能直接影响协调效率和传输距离。构造了一种双边类型的低密度奇偶校验码(TET-LDPC),引入了类似于重复累积码中的累积结构以提高其纠错性能,在多维数据协调算法中得到了更小的收敛信噪比、更高的协调效率以及更远的传输距离。仿真结果表明:当TET-LDPC的码率为0.5,分组码长为2×10^5时,收敛信噪比降至1.02dB,协调效率达到了98.58%,安全密钥率达到17.61kb/s,CVQKD系统的传输距离提高为44.9km。 展开更多
关键词 量子光学 量子密钥分发 双边类型的低密度奇偶校验码 渐进边增长算法 多维数据协调 多边类型
基于Toeplitz矩阵的高速QKD系统认证方案研究
7
作者 周雷 程节 唐世彪 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期329-335,共7页
量子密钥分发(QKD)是一种新型对称密钥分发技术,其经典信道上的交互数据要求采用安全的认证协议保护。目前高速QKD技术不断发展,对认证协议的处理带宽提出了更高的要求。详细梳理了QKD系统认证协议的设计需求,并设计实现了基于线性反馈... 量子密钥分发(QKD)是一种新型对称密钥分发技术,其经典信道上的交互数据要求采用安全的认证协议保护。目前高速QKD技术不断发展,对认证协议的处理带宽提出了更高的要求。详细梳理了QKD系统认证协议的设计需求,并设计实现了基于线性反馈移位寄存器(LFSR)的Toeplitz矩阵高速QKD系统认证方案。该方案采用FPGA硬件平台实现,利用FPGA并行处理能力以及流水线数据处理方案,实现最高10 Gbps量级的数据处理带宽,能够为未来超高速QKD系统的研制提供帮助。 展开更多
关键词 量子信息 认证 线性反馈移位寄存器 TOEPLITZ矩阵 FPGA 量子密钥分发
基于FPGA的高速QKD系统保密增强算法实现
8
作者 路后兵 赵军 阴泽杰 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期197-205,共9页
量子密钥分发(QKD)过程中,保密增强算法用于消除QKD过程本身泄露以及可能被窃听者窃取的密钥信息,从而保证生成的量子密钥的安全。现有多种CPU软件实现方案。为提高算法安全性、集成度,并降低功耗,研究了采用FPGA实现的高速Toeplitz矩... 量子密钥分发(QKD)过程中,保密增强算法用于消除QKD过程本身泄露以及可能被窃听者窃取的密钥信息,从而保证生成的量子密钥的安全。现有多种CPU软件实现方案。为提高算法安全性、集成度,并降低功耗,研究了采用FPGA实现的高速Toeplitz矩阵相乘保密增强算法方案。通过采用矩阵分块并行计算、流水线结构等加速运算方法,该方案在每次处理256 Kbits输入密钥时最大安全成码速率达到20 Mbps,在每次处理1 Mbits输入密钥时最大安全成码速率达到5 Mbps。此外,还能适应一次计算1 Mbits内任意长度的输入密钥,也能适应0~1之间的任意压缩比例,有助于未来实用化高速QKD系统研制。 展开更多
关键词 量子光学 保密增强 矩阵分块并行计算 TOEPLITZ矩阵 FPGA 量子密钥分发
基于波分复用的空间量子-经典信号同传系统设计
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作者 朱宇 石磊 +3 位作者 魏家华 朱秋立 杨汝 赵顾颢 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第8期224-230,共7页
通过分析空间量子通信系统和经典光通信系统的误码率,设计了一种基于波分复用技术的空间量子-经典信号同传系统,并通过软件仿真分析其可行性。在256ns内共传递15bit量子密钥和128bit经典信息,经典信息误码率为4.07×10^-15,结果表... 通过分析空间量子通信系统和经典光通信系统的误码率,设计了一种基于波分复用技术的空间量子-经典信号同传系统,并通过软件仿真分析其可行性。在256ns内共传递15bit量子密钥和128bit经典信息,经典信息误码率为4.07×10^-15,结果表明该系统可以有效实现空间量子信号和经典信号的共信道同传,同时扩大空间量子密钥分发系统信道容量。 展开更多
关键词 量子光学 量子密钥分发 脉冲位置调制 波分复用 自由空间光通信
量子保密通信技术发展及应用分析 预览
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作者 申虹 《邮电设计技术》 2019年第5期69-73,共5页
量子保密通信是未来提升信息安全保障能力的重要技术手段之一。介绍了基于量子密钥分发(QKD)的量子保密通信关键技术,探讨了量子保密通信应用示范及标准化研究最新进展,提出了量子保密通信的系统架构和典型网络组织;同时为了更好地与现... 量子保密通信是未来提升信息安全保障能力的重要技术手段之一。介绍了基于量子密钥分发(QKD)的量子保密通信关键技术,探讨了量子保密通信应用示范及标准化研究最新进展,提出了量子保密通信的系统架构和典型网络组织;同时为了更好地与现有通信系统融合,提出了一种QKD系统与大容量光通信系统共纤传输方案;最后对量子保密通信的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 量子密钥分发 量子保密通信 共纤传输 波分复用
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软件定义的量子密钥分发网络技术研究 预览
11
作者 马彰超 曹原 +1 位作者 董凯 赵永利 《邮电设计技术》 2019年第4期71-75,共5页
介绍国内外量子密钥分发网络的发展状况,提出了一种软件定义量子密钥分发网络体系架构,实现量子密钥分发网络的可编程性,有利于构建面向多种业务和复杂应用的开放、灵活、智能的量子密钥分发网络。从网络部署、管理及运营角度,概述了软... 介绍国内外量子密钥分发网络的发展状况,提出了一种软件定义量子密钥分发网络体系架构,实现量子密钥分发网络的可编程性,有利于构建面向多种业务和复杂应用的开放、灵活、智能的量子密钥分发网络。从网络部署、管理及运营角度,概述了软件定义量子密钥分发网络在组网与应用中涉及的关键技术。 展开更多
关键词 量子通信 量子密钥分发 信息安全 网络架构
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量子通信网络组网方式及标准化研究展望 预览
12
作者 胡鑫磊 李强 马蕊 《通信技术》 2019年第1期112-116,共5页
量子通信是量子论和信息论相结合的新型交叉学科,也是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信具有高效率、大容量、远距离和近乎绝对安全的特点。量子通信组网方式根据量子密钥分发网络节点的不同实现功能,可以分为基于可信中... 量子通信是量子论和信息论相结合的新型交叉学科,也是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。量子通信具有高效率、大容量、远距离和近乎绝对安全的特点。量子通信组网方式根据量子密钥分发网络节点的不同实现功能,可以分为基于可信中继转发的网络、基于光交换机的网络以及基于集控站节点的网络。按照网络的覆盖范围划分,可分为量子局域网、量子广域网和全球量子网络。量子通信组网技术标准应优先考虑组网的结构、方式和网络体系结构。 展开更多
关键词 量子通信网络 量子密钥分发 组网方式 标准化
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浅析量子通信技术在商业银行的应用前景 预览
13
作者 唐金海 熊占寅 张文慧 《软件》 2019年第1期85-87,共3页
量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,在较短的时间内迅速成为广大学者研究的热点,获得社会的广泛高度关注。近年来,随着各项关键技术逐渐被突破,量子通信已逐步从理论阶段和实验阶段,开始... 量子通信是近二十年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,在较短的时间内迅速成为广大学者研究的热点,获得社会的广泛高度关注。近年来,随着各项关键技术逐渐被突破,量子通信已逐步从理论阶段和实验阶段,开始走向实践应用和高速发展阶段。本文首先对量子通信技术进行简要介绍,其次详细分析量子通信技术在商业银行的应用前景,最后给出相应的对策建议. 展开更多
关键词 量子通信 商业银行 量子密钥分发 应用前景
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基于轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发
14
作者 沈志冈 王乐 +1 位作者 毛钱萍 赵生妹 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期368-376,共9页
提出了一种基于标记配对相干态(HPCS)和轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发(RRDPS-QKD)方案,以光子轨道角动量作为信息载体,使用多种不同拓扑荷的轨道角动量的叠加态进行RRDPS-QKD的信息编码,显著提高了密钥生成率。使用HPCS作为量... 提出了一种基于标记配对相干态(HPCS)和轨道角动量的循环差分相移量子密钥分发(RRDPS-QKD)方案,以光子轨道角动量作为信息载体,使用多种不同拓扑荷的轨道角动量的叠加态进行RRDPS-QKD的信息编码,显著提高了密钥生成率。使用HPCS作为量子光源,有效减小了空脉冲和多光子脉冲的比例,提高了密钥生成率。分析了光源在湍流大气信道中的传输特性,考虑了信道衰减和大气湍流对系统性能的影响。 展开更多
关键词 量子光学 量子密钥分发 轨道角动量 标记配对相干态
Finite-size analysis of continuous-variable quantum key distribution with entanglement in the middle
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作者 郭迎 苏玉 +2 位作者 周健 张玲 黄端 《中国物理B:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期232-239,共8页
Continuous-variable quantum key distribution(CVQKD) protocols with entanglement in the middle(EM) enable long maximal transmission distances for quantum communications. For the security analysis of the protocols, it i... Continuous-variable quantum key distribution(CVQKD) protocols with entanglement in the middle(EM) enable long maximal transmission distances for quantum communications. For the security analysis of the protocols, it is usually assumed that Eve performs collective Gaussian attacks and there is a lack of finite-size analysis of the protocols. However,in this paper we consider the finite-size regime of the EM-based CVQKD protocols by exposing the protocol to collective attacks and coherent attacks. We differentiate between the collective attacks and the coherent attacks while comparing asymptotic key rate and the key rate in the finite-size scenarios. Moreover, both symmetric and asymmetric configurations are collated in a contrastive analysis. As expected, the derived results in the finite-size scenarios are less useful than those acquired in the asymptotic regime. Nevertheless, we find that CVQKD with entanglement in the middle is capable of providing fully secure secret keys taking the finite-size effects into account with transmission distances of more than 30 km. 展开更多
关键词 continuous-variable quantum key distribution ENTANGLEMENT in the middle FINITE-SIZE coherent attack
光纤偏振编码量子密钥分发系统荧光边信道攻击与防御 预览
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作者 陈艳辉 王金东 +5 位作者 杜聪 马瑞丽 赵家钰 秦晓娟 魏正军 张智明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期29-35,共7页
实际安全性是目前量子密钥分发系统中最大的挑战.在实际实现中,接收单元的单光子探测器在雪崩过程的二次光子发射(反向荧光)会导致信息泄露.目前,已有研究表明该反向荧光会泄露时间和偏振信息并且窃听行为不会在通信过程中产生额外误码... 实际安全性是目前量子密钥分发系统中最大的挑战.在实际实现中,接收单元的单光子探测器在雪崩过程的二次光子发射(反向荧光)会导致信息泄露.目前,已有研究表明该反向荧光会泄露时间和偏振信息并且窃听行为不会在通信过程中产生额外误码率,在自由空间量子密钥分发系统中提出了利用反向荧光获取偏振信息的攻击方案,但是在光纤量子密钥分发系统中暂未见报道.本文提出了在光纤偏振编码量子密钥分发系统中利用反向荧光获取信息的窃听方案与减少信息泄露的解决方法,在时分复用偏振补偿的光纤偏振编码量子密钥分发系统的基础上对该方案中窃听者如何获取密钥信息进行了理论分析.实验上测量了光纤偏振编码量子密钥分发系统中反向荧光的概率为0.05,并对本文提出的窃听方案中的信息泄露进行量化,得出窃听者获取密钥信息的下限为2.5×10^4. 展开更多
关键词 量子密钥分发 偏振编码 时分复用偏振补偿 反向荧光
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基于相位编码的诱骗态量子密钥分发系统的优化
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作者 于波 张青梅 +2 位作者 丁伟杰 菅在河 张清 《河北师范大学学报:自然科学版》 CAS 2019年第2期112-115,共4页
基于相位编码的边带干涉量子密钥分发系统具有稳定性高、多通道复用传输等优点,适用于量子通信网络;但是在边带干涉量子密钥分发中直接应用诱骗态协议时会带来安全漏洞.通过优化载波比(1.06)克服了安全漏洞,在25 km光纤中实现了稳定的... 基于相位编码的边带干涉量子密钥分发系统具有稳定性高、多通道复用传输等优点,适用于量子通信网络;但是在边带干涉量子密钥分发中直接应用诱骗态协议时会带来安全漏洞.通过优化载波比(1.06)克服了安全漏洞,在25 km光纤中实现了稳定的诱骗态量子密钥分发,通过优化实验参数系统每脉冲成码率最大为1.28×10-4 bit. 展开更多
关键词 单光子 相位编码 诱骗态 量子密钥分发
量子密钥分发技术专利分析 预览
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作者 李昕萌 《现代信息科技》 2019年第6期190-192,共3页
本文以量子密钥分发(QKD)技术的专利申请作为分析对象,重点统计了该领域的专利申请量趋势、技术原创国与目标国分布、主要申请人排名,并对该领域重点专利进行了分析,以期为国内申请人了解量子密钥分发技术专利现状,并把握市场发展趋势... 本文以量子密钥分发(QKD)技术的专利申请作为分析对象,重点统计了该领域的专利申请量趋势、技术原创国与目标国分布、主要申请人排名,并对该领域重点专利进行了分析,以期为国内申请人了解量子密钥分发技术专利现状,并把握市场发展趋势提供参考。 展开更多
关键词 量子密钥分发 专利分析 专利申请
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Finite-Key Analysis for a Practical High-Dimensional Quantum Key Distribution System Based on Time-Phase States
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作者 甘亚辉 汪洋 +3 位作者 鲍皖苏 何如适 周淳 江木生 《中国物理快报:英文版》 SCIE CAS CSCD 2019年第4期5-9,共5页
High-dimensional quantum states key distribution(HD-QKD) can enable more than one bit per photon and tolerate more noise. Recently, a practical HD-QKD system based on time-phase states has provided a secret key at Mbp... High-dimensional quantum states key distribution(HD-QKD) can enable more than one bit per photon and tolerate more noise. Recently, a practical HD-QKD system based on time-phase states has provided a secret key at Mbps over metropolitan distances. For the purposes of further improving the secret key rate of a practical HD-QKD system, we make two main contributions in this work. Firstly, we present an improved parameter estimation for this system in the finite-key scenario based on the Chernoff bound and the improved Chernoff bound. Secondly, we analyze how the dimension d affects the performance of the practical HD-QKD system.We present numerical simulations about the secret key rate of the practical HD-QKD system based on different parameter estimation methods. It is found that using the improved Chernoff bound can improve the secret key rate and maximum channel loss of the practical HD-QKD system. In addition, a mixture of the 4-level and 8-level practical HD-QKD system can provide better performance in terms of the key generation rate over metropolitan distances. 展开更多
关键词 HIGH-DIMENSIONAL quantum STATES KEY distribution CONTRIBUTIONS PRACTICAL
基于极化码的单步量子密钥分发后处理 预览
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作者 李锦 蒋琳 +1 位作者 林旭城 方俊彬 《华南师范大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2019年第2期1-6,共6页
量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以从理论上保证通信的无条件安全性.然而,量子密钥分发后处理过程中的误码纠错和密性放大这2个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性.文中提出... 量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以从理论上保证通信的无条件安全性.然而,量子密钥分发后处理过程中的误码纠错和密性放大这2个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性.文中提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计出可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构,并将其应用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将这2个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时.实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,提出的算法可同时满足纠后误码率≤10^-7的可靠性条件以及窃听信息量≤10^-14bit的安全性条件.当码长为220bit时,译码吞吐率可达3Mb/s,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mb/s. 展开更多
关键词 量子密钥分发 后处理 极化码 误码纠错 密性放大
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