引言:量子通信使远程双方能够在远距离上安全地共享秘密信息 [1]。自从 Bennett 和 Brassard [2] 提出开创性的协议以来,人们开发了不同的量子通信模式,例如量子密钥分发 (QKD)、量子秘密共享、量子安全直接通信 (QSDC)、量子隐形传态、量子密集编码等 [2–6]。QSDC 是量子通信的重要模式之一;与 QKD 相比,QSDC 直接通过量子信道发送秘密信息,而无需预先设置密钥,从而消除了与密钥管理和密文攻击相关的进一步安全漏洞 [7]。自从第一个 QSDC 协议被提出 [4] 以来,它已成为过去十年量子通信的热门研究课题之一 [8–19]。对于纠缠载流子,2003 年邓志强、龙志强和刘志军提出了两步 QSDC 协议,明确提出了 QSDC 的标准 [20]。随后,基于高维纠缠、多体纠缠和超纠缠的 QSDC 协议相继被发展出来 [21–25]。对于单光子载流子,文献 [26] 提出了第一个 QSDC 协议,即所谓的 DL04 协议,其可行性已在 [27–29] 中得到证明。张伟等人进行了带有量子存储器的 QSDC 实验 [30]。齐若阳等人 [31] 进行了基于量子存储器的 QSDC 实验 [32]。
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
Bennett,C。H.&Brassard,G。量子密码学:公共密钥分布和硬币折腾。理论。计算。SCI。 560,7-11(2014)。 Dynes,J。F.等。 剑桥量子网络。 NPJ量子。 inf。 5,101(2019)。 Pirandola,S.,Laurenza,R.,Ottaviani,C。&Banchi,L。无用量子通信的基本限制。 nat。 社区。 8,15043(2017)。 Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。 &Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。 自然414,413–418(2001)。 lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。 物理。 修订版 Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。SCI。560,7-11(2014)。 Dynes,J。F.等。 剑桥量子网络。 NPJ量子。 inf。 5,101(2019)。 Pirandola,S.,Laurenza,R.,Ottaviani,C。&Banchi,L。无用量子通信的基本限制。 nat。 社区。 8,15043(2017)。 Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。 &Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。 自然414,413–418(2001)。 lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。 物理。 修订版 Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。560,7-11(2014)。Dynes,J。F.等。 剑桥量子网络。 NPJ量子。 inf。 5,101(2019)。 Pirandola,S.,Laurenza,R.,Ottaviani,C。&Banchi,L。无用量子通信的基本限制。 nat。 社区。 8,15043(2017)。 Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。 &Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。 自然414,413–418(2001)。 lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。 物理。 修订版 Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。Dynes,J。F.等。剑桥量子网络。NPJ量子。inf。5,101(2019)。 Pirandola,S.,Laurenza,R.,Ottaviani,C。&Banchi,L。无用量子通信的基本限制。 nat。 社区。 8,15043(2017)。 Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。 &Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。 自然414,413–418(2001)。 lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。 物理。 修订版 Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。5,101(2019)。Pirandola,S.,Laurenza,R.,Ottaviani,C。&Banchi,L。无用量子通信的基本限制。nat。社区。8,15043(2017)。Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。 &Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。 自然414,413–418(2001)。 lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。 物理。 修订版 Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。Duan,L.-M。,Lukin,M。D.,Cirac,J.I。&Zoller,P。与原子集合和线性光学元件的长距离量子通信。自然414,413–418(2001)。lo,H.-K。,Curty,M。&Qi,B。测量 - 独立于量子键分布。物理。修订版Lett。 108,130503(2012)。 Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。Lett。108,130503(2012)。Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。 理论。 物理。 75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。Rao,Vinod N,Banerjee,A。和Srikanth R.等,Commun。理论。物理。75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。 物理。 修订版 A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。 双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。 NPJ量子。 inf。 5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。75 065102(2023)Wang,X.-B.,Yu,Z.-W。 &Hu,X.-L。双场量子键分布,误差较大。物理。修订版A 98,062323(2018)Curty,M.,Azuma,K。&Lo,H.-K。双场类型量子密钥分布协议的简单安全证明。NPJ量子。inf。5,64(2019)。 Currás-Lorenzo,G。等。 双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。 NPJ量子。 inf。 7,22(2021)。 Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。5,64(2019)。Currás-Lorenzo,G。等。双场量子密钥分布的紧密有限键安全性。NPJ量子。inf。7,22(2021)。Wang,S。等。 双场量子键分布超过830 km纤维。 nat。 光子学16,154 - 161(2022)。Wang,S。等。双场量子键分布超过830 km纤维。nat。光子学16,154 - 161(2022)。Zhou,L.,Lin,J.,Jing,Y。和Yuan,Z。Twin-twin-field量子键分布,无光频率传播。自然通讯,14(1),p.928(2023)
血压的测量对于评估心血管疾病的风险至关重要,因为高血压被认为是世界上发病率和死亡率的主要原因之一。未延误和未经治疗的高血压会导致严重疾病,例如中风和肾衰竭。通过改变生活方式,食物变化和药物的定期监测和合适的管理可以帮助控制血压。辩护在于一个事实,即由于缺乏监视和缺乏明显的CA4FS症状,异常的张力水平通常不会引起人们的注意。常规和纤维监测是检测和遵循血压的最佳方法。使用臂带测量血压的召开方法一直是血压监测数十年的基准,但它们与几种有限4ON相关联,这促使研究人员不得不研究没有臂章的方法。
自 1984 年 Bennett 和 Brassard[1]提出量子密钥分发 (QKD) 协议以来,量子密码学引起了广泛的关注。它的安全性由海森堡不确定性原理、量子不可克隆定理等量子力学原理保证。量子密码学可以提供无条件安全的优势,使得量子密码学的研究越来越重要。目前,量子密码学的许多重要分支已被发展起来,如量子密钥分发[2,3]、量子签名 (QS)[4–6]、量子隐形传态 (QT) [7]、量子认证 [8]、确定性安全量子通信 [9]。量子签名可用于验证发送者的身份和信息的完整性。仲裁量子签名 (AQS) 因具有许多优点而备受关注。2002 年,曾文胜等 [9] 在量子密码学中提出了一种基于仲裁的量子签名方案。 [ 10 ] 利用格林-霍恩-泽林格 (GHZ) 态和量子一次性密码本 (QOTP) 提出了第一个仲裁量子签名方案。该方案在经典仲裁数字签名的设计基础上,利用可信第三方仲裁员提供的在线签名为签名者和接收者提供重新验证服务。2008 年,Curty 和 Lutkenhaus [ 11 ] 研究了该方案 [ 10 ],他们认为该方案描述不清楚,安全性分析不正确。针对 Curty 等人的争议,曾等人 [ 12 ] 更详细地证明了该方案 [ 10 ]。2009 年,为了降低协议的复杂度和提高效率 [ 10 ],李等人 [ 12 ] 提出了一种仲裁量子签名方案 [ 10 ]。 [ 13 ] 提出了一种基于Bell态而非GHZ态的AQS方案,并证明了其在传输效率和低复杂度方面的优势。遗憾的是,2010年,Zou和Qiu [ 14 ] 认为李的AQS方案可以被接收方否认,并提出了利用公告板等不使用纠缠态的安全方案的AQS协议。他们的方案进一步简化了李等人的协议,并利用单粒子设计了可以抵抗接收方否认的改进AQS方案,从而降低了AQS的物理实现难度。然而,2011年,Gao等人[ 15 ] 首次从伪造和否认方面对先前的AQS方案进行了全面的密码分析。
量子信息在密码学中的应用可以追溯到 Wiesner [ 39 ] 的工作,他提出了第一个量子密码工具,即共轭编码。值得注意的是,共轭编码的思想仍然以不同的形式应用于许多现代量子密码协议中。然而,自从 Bennett 和 Brassard [ 6, 5 ] 提出量子密钥分发 (QKD) 之后,量子密码学获得了很大的吸引力。后来 Lo 和 Chau [ 23 ] 和 Mayers [ 26 ] 证明 QKD 在信息理论上是安全的。Shor 和 Preskill [ 36 ] 给出了一种基于纠错码的更容易理解的安全性证明。尽管从理论上讲 QKD 提供了完美的安全性,但它的实际实现并不 (并且可能不会) 完美。这意味着 QKD 实现与其他密码实现一样,容易受到旁信道攻击,例如,参见 [ 24 ]。即使我们假设 QKD 在实践中提供了完美的安全性,还有许多其他重要的加密任务,如比特承诺、多方计算和无意识传输,都无法通过密钥分发来解决。事实上,Mayers [ 25 ] 以及 Lo 和 Chau [ 22 ] 证明了无条件安全的量子比特承诺是不可能的。Colbeck [ 11 ] 后来也证明了利用量子通信进行信息理论上安全的双方计算是不可能的。如果假设对手的计算能力有限或存储空间有限,则可以保证此类方案的安全。因此,计算假设在量子密码学中仍然是必要的,而且非常重要。特别是,需要进一步研究量子公钥密码学中计算假设的必要性,而量子公钥密码学是量子密码学中越来越重要的领域。量子公钥密码学的原理与经典公钥密码学的原理非常相似。在量子公钥方案中,每个用户 A 都有一对密钥(sk A ,pk A ),其中私钥sk A 只有 A 知道,公钥pk A 由 A 发布,所有人都可以访问。密钥对由高效的密钥生成算法生成。与经典公钥方案一样,量子公钥方案也是基于陷门单向函数建模的。通俗地说,单向函数是一种易于计算但难以逆的函数。陷门单向函数是可以将某些信息k(称为陷门)与单向函数f 关联起来的函数,任何知道k 的人都可以轻松逆向f [7]。在量子设置中,f 是从私钥空间到公钥空间的映射| α ⟩7→| f α ⟩。私钥| α ⟩可以是经典状态或量子态,公钥| f α ⟩ 是量子态。量子公钥密码学的三个主要构造是公钥加密、数字签名和公钥货币。在本文中,我们重点讨论量子公钥加密。有关量子数字签名,请参阅 [ 13 ],有关量子货币,请参阅 [ 1 , 2 , 12 ]。在公钥加密方案中,用户 B 可以使用 A 的公钥 pk A 和公共加密算法将 m 编码为密文 c,从而向 A 发送秘密消息 m。收到密文 c 后,用户 A 使用其私钥 sk A 和公共解密算法解密 c。
