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实际约束下卫星量子密钥分发的有限密钥性能
全球规模的量子通信网络将需要高效的长距离量子信号分布。在没有量子存储器和中继器的情况下，光纤通信信道会因指数损耗而受到范围限制。卫星通过利用更温和的平方反比自由空间衰减和长视线来实现洲际量子通信。然而，卫星量子密钥分发 (QKD) 系统的设计和工程非常困难，与地面 QKD 网络和操作的特征差异带来了额外的挑战。对卫星 QKD (SatQKD) 进行建模的典型方法是使用完全优化的协议参数空间和很少的有效载荷和平台资源限制来估计性能。在这里，我们分析了实际约束如何影响 SatQKD 对具有有限密钥大小效应的 Bennett-Brassard 1984 (BB84) 弱相干脉冲诱饵态协议的性能。我们在任务设计中考虑了工程限制和权衡，包括有限的在轨可调性、量子随机数生成率和存储以及源强度不确定性。我们量化了实际的 SatQKD 性能限制，以确定长期密钥生成能力，并提供重要的性能基准来支持即将进行的任务的设计。
量子技术与空间 - 补充材料
安全的量子通信依赖于生成和分发量子加密密钥，这些密钥仅由发送者和接收者用于加密和解密数据或消息。对于量子密钥分发协议和管理，量子加密密钥或密码的生成、共享或更新通常通过使用光子来实现。虽然有几种不同的量子密钥分发协议（例如 BB84、SARG04、E91）和链路配置，但这些密钥及其管理的基本安全性基于物理量子力学原理，即所谓的“不可克隆定理”。根据该定理，禁止复制任意未知量子态的相同副本，因此不可能创建量子密钥的相同副本。因此，通信方可以确定（在实践中，在已知的置信阈值内）第三方没有篡改他们的密钥集。但是，只有当密钥和消息长度相同、密钥仅使用一次并且（最重要的是）密钥是真正随机的时，才能确保加密的无条件安全性。因此，人们正在研究量子随机数生成器，利用量子态的物理随机性。不过，使用伪随机数生成器和分束器的其他实现也是可能的。量子密钥分发协议未来面临的一个关键挑战仍然是防止任何类型的攻击，因为这些攻击可能会危及安全。
卫星对地量子密钥分发场景中大气背景光的测量表征
摘要：量子密钥分发 (QKD) 可实现具有信息理论安全性的私人通信。自由空间光通信允许人们实施 QKD，而不受光纤网络的限制，例如光纤中传输损耗的指数级增长。因此，通过卫星链路进行自由空间 QKD 是一种有前途的技术，可提供长距离量子通信连接。在自由空间 QKD 系统中，背景光是噪声的主要来源，必须通过光谱、空间和时间滤波来抑制背景光，以达到足够低的量子比特误码率 (QBER)。只有这样才能成功交换量子密钥。为了能够定义自由空间 QKD 系统的要求，必须更仔细地检查背景光。目前的考虑集中在无云的天空和乡村环境中。当天空部分有云时，自由空间 QKD 也会发生，最有可能也在城市环境中发生。这里概述了下行链路场景中背景光的物理原因。此外，还推导出了具有偏振编码量子位的诱饵态 BB84 协议的 QBER 与背景光之间的关系，以给出依赖关系的示例。此外，还展示了一个实验研究背景光的装置。在慕尼黑（德国）附近的 Oberpfaffenhofen 使用该装置在 C 波段获取测量数据。测量数据用于验证背景光模拟工具。结果强调模拟工具足以应对晴朗天空场景。
NIST 的 SPIE - TSAPPS 论文集
美国国家标准与技术研究所信息技术实验室先进网络技术部，100 Bureau Dr.，盖瑟斯堡，马里兰州 20899 lijun.ma@nist.gov 摘要 我们推出了 NIST 量子网络创新平台 (PQNI)，这是 NIST 园区内的一个新测试平台，旨在加速将量子系统集成到受控科学环境中的真实主动网络中。该测试平台将用于评估量子尺度设备和组件，如单光子源、探测器、存储器和各种量子网络协议和配置中的接口，以实现性能、优化、同步、损耗补偿、纠错、与传统网络流量的兼容性（通常称为共存）、操作连续性等。 关键词：量子通信；量子网络；现场测试平台 1. 简介 量子通信在近几十年来引起了人们的广泛关注，并且日益受到关注，现已成为一个非常活跃的研究领域。量子通信起源于 20 世纪 70 年代，当时 Stephen Wiesner 提出了使用量子态对信息进行安全编码以传输“量子货币”的想法。在最初遭到质疑之后，这个想法最终于 1983 年发表[1]。一年后，Charles Bennett 和 Gilles Brassard 提出了第一个量子密钥分发 (QKD) 协议，称为 BB84[2]。此后，许多新的 QKD 协议相继被提出，例如简化的 B92 [3]、纠缠光
f或引用Adam I.A.，Yashin D.A.，Kargina D.A.，Nasedkin B.A.自由空间QKD中高斯和涡流梁与tur>中的相位编码的比较
量子密钥分布（QKD）是通信技术的新方向。QKD建立了两个当事方（通常称为Alice和Bob）之间的安全连接，其中量子力学定律提供了有目的的通道的可靠性，其中最重要的是无关定理[1]。从长远来看，QKD基于计算数学函数的复杂性，QKD比常见的密码系统提供了更安全的连接。第一个提出的方案是BB84 [2]，其中秘密键是通过使用两个正交光子极化碱基来生成的。从那时起，研究了许多方案和实验方案以改善QKD系统的参数并扩大其应用的可能性[3]。尤其是，自由空间QKD由于其灵活性和移动性而积极开发，可用于移动设备[4]，卫星通信[5]和物联网（IoT）[6]。与光纤纤维相比，自由空间QKD尚未在商业系统中广泛使用。这些系统的主要局限性是高斯光束偏离由大气湍流和天气条件引起的原始传播方向的偏差。为解决此问题，目前使用了具有较大入口或特殊校正系统的伸缩系统，这增加了QKD系统的复杂性，重量和成本。作为梁偏差补偿的另一种方法，可以使用光涡旋，根据许多研究[7，8]，在湍流气氛中更稳定。这些问题将在本文中探讨。光涡流或具有轨道角动量（OAM）的光辐射在其中心具有空间奇异性，相位保持不确定，并且沿着梁的内边缘从0到2π不等[9]。这些过渡的数量对应于涡旋的拓扑电荷。目前，已经在QKD系统中研究了涡流束，特别是作为编码信息的基础[10]和相对于轨道动量的通道[11]。但是，在自由空间QKD中具有湍流气氛的高斯和涡流梁的传播及其对此类系统参数的影响之间没有比较。此外，没有对相位调节保存进行的实验研究，并对涡流束进行了额外的调节和解调，这对于将大气通道与光学纤维有效整合是必不可少的。
量子比特承诺的一般性质
在经典密码学中，比特承诺是一种重要的密码原语。比特承诺方案定义了发送者和接收者之间的两阶段交互协议，提供两种安全保障：隐藏和绑定。通俗地说，隐藏属性表示在提交阶段以及之后，提交的位对接收者是隐藏的，直到打开它为止；而绑定属性表示发送者在稍后的显示阶段只能将承诺打开为最多一个位值（仅限 0 或 1）。不幸的是，无条件（或信息理论上）安全的比特承诺是不可能的。作为一种折衷方案，我们转而考虑基于复杂度的比特承诺，又称计算比特承诺。单向函数假设是一个基本的计算难度假设，没有任何数学结构；它是基于复杂度的密码学中的最小假设 [IL89]。我们可以从一个单向函数构造两种类型的比特承诺：计算隐藏（统计约束）比特承诺[Nao91]和（统计隐藏）计算约束比特承诺[NOVY98，HNO+09]。然而，这些构造的一个主要缺点是它们是交互式的：在提交阶段需要交换至少两个甚至多项式数量的消息，这似乎是固有的[MP12，HHRS07]。随着量子技术的发展，现有的密码系统在不久的将来可能面临量子攻击。关于比特承诺，因此我们必须研究抵御量子攻击的比特承诺，又称量子比特承诺。一般的量子比特承诺方案本身可以是经典和量子计算和通信的混合。当构造纯经典时，我们通常称之为“抵御量子攻击的（经典）比特承诺方案”或“后量子比特承诺方案”1。量子比特承诺的概念早在三十年前就被提出，旨在利用量子力学实现比特承诺[BB84、BC90]。遗憾的是，无条件安全的量子比特承诺也是不可能的[May97、LC98]。基于量子安全单向置换或函数等复杂性假设，我们还可以构造两种量子比特承诺[AC02、YWLQ15、DMS00、KO09、KO11、CLS01]。关于这些构造的一个有趣观察是，几乎所有构造（[CLS01] 中的构造除外）都是非交互式的（在提交和显示阶段都是如此）。这比经典的比特承诺有很大优势。这促使我们提出以下问题：