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存在真实噪声纠缠的直接量子通信
摘要 — 为实现量子互联网，量子通信需要量子节点之间的预共享纠缠。然而，最大纠缠量子态的产生和分布本质上都受到量子退相干的影响。传统上，通过执行量子纠缠蒸馏和量子隐形传态的连续步骤来减轻量子退相干。然而，这种传统方法会带来很长的延迟。为了绕过这个障碍，我们提出了一种依赖于现实的噪声预共享纠缠的新型量子通信方案，它消除了标准方法中造成延迟的连续步骤。更准确地说，我们提出的方案可以看作是一种直接量子通信方案，尽管依赖于现实的噪声预共享纠缠，但仍能够提高逻辑量子位的量子比特误码率 (QBER)。我们的性能分析表明，与现有的最先进的量子通信方案相比，尽管需要的量子门更少，但所提出的方案仍提供了具有竞争力的 QBER、产量和有效吞吐量。
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。
实现可扩展的 QKD 网络
图 2 绘制了 BT Group 网络中 28.7 公里已安装光纤（损耗为 16 dB）在 40 天内测得的量子比特误码率 (QBER) 和 SKR。试验的前 36 天仅在光纤上传播 QKD 信号的情况下进行。值得注意的是，当（第 36 天）C 波段（1530 至 1560 nm 之间）的 31 个 DWDM 信道被复用到同一光纤上时，我们未发现量子比特误码率或安全密钥速率有任何变化。这些测量受到可用波长数量的限制，但通过增加激光功率，我们观察到在存在 QKD 的情况下可以支持 >20dBm 的发射功率，相当于 100 个具有 0 dBm 发射功率的信道。
混沌系统混合量子密钥分发协议用于安全数据传输
摘要：本研究提出将基于 BB84 协议的量子密钥分发 (QKD) 与改进的逻辑映射 (ILM) 相结合，以提高数据传输的安全性。该方法将 BB84 的量子密钥形成与 ILM 加密相结合。这种组合创建了一个额外的安全层，默认情况下，BB84 上的操作只是 XOR 替换，而 ILM 的加入会在量子密钥上创建排列操作。实验使用多种量子测量进行测量，例如量子比特误码率 (QBER)、极化误码率 (PER)、量子保真度 (QF)、窃听检测 (ED) 和基于纠缠的检测 (EDB)，以及经典密码分析，例如比特误码率 (BER)、熵、直方图分析、归一化像素变化率 (NPCR) 和统一平均变化强度 (UACI)。结果表明，该方法获得了令人满意的结果，特别是QF和BER达到了完美的水平，EBD也达到了0.999。
可交付成果 5.1 量子安全机制
首字母缩略词 解释 ANSSI 法国国家信息系统安全局 API 应用程序编程接口 BS 基站 BSI 德国联邦信息技术安全局 COW 相干单向 CV 连续变量 DD 数据检测器 DPR 分布式相位参考 DPS 差分相移 DV 离散变量 ECC 椭圆曲线密码术 ETSI 欧洲电信标准协会 FIPS 联邦信息处理标准 GUI 图形用户界面 KEM 密钥封装机制 KME 密钥管理实体 KMS 密钥管理系统 LMS Leighton-Micali 基于哈希的签名 MD 监控检测器 NIST 法国国家标准与技术研究所 PFX 个人信息交换 PKCS 公钥密码标准 PNS 光子数分裂 PQC 后量子密码术 QBER 量子比特误码率 QKD 量子密钥分发 QMS 量子管理系统 RSA Rivest-Shamir-Adleman SAE 安全应用实体 UE 用户设备 WDM 波分复用
确保量子密钥分发的新方法
摘要：本研究通过在 SARG04 和 BB84 协议中实现快速经典信道认证，引入了一种增强量子密钥分发 (QKD) 安全性的新方法。我们提出了单认证，这是一种开创性的范例，采用抗量子签名算法（具体来说是 CRYSTALS-DILITHIUM 和 RAINBOW）仅在通信结束时进行认证。我们的数值分析全面检查了这些算法在基于块和连续光子传输场景中在不同块大小（128、192 和 256 位）下的性能。通过 100 次模拟迭代，我们细致地评估了噪声水平对认证效果的影响。我们的研究结果特别突出了 CRYSTALS-DILITHIUM 始终优于 RAINBOW 的表现，当量子比特错误率 (QBER) 增加到 8% 时，QKD-BB84 协议的签名开销约为 0.5%，QKD-SARG04 协议的签名开销约为 0.4%。此外，我们的研究揭示了更高的安全级别与增加的身份验证时间之间的相关性，CRYSTALS-DILITHIUM 在高达 10,000 kb/s 的所有密钥速率上都保持了卓越的效率。这些发现强调了单一身份验证可以大幅降低成本和复杂性，尤其是在嘈杂的环境中，为更具弹性和更高效的量子通信系统铺平了道路。
光纤和...的混合量子通信协议
PACS 03.67.-a, 42.50.-p 摘要 在本文中，我们探索了一种同时在光纤和大气信道上运行的混合量子通信协议。这种新协议解决了在城市环境中铺设光纤可能不切实际或成本过高的问题。通过将副载波 (SCW) 量子密钥分发 (QKD) 与相位编码相结合，我们的方法增强了量子通信系统的灵活性和可靠性。我们开发并测试了一种大气光学模块，该模块配备自动调谐系统以确保精确的光轴对准，这对于最大限度地减少湍流环境中的信号损失至关重要。实验结果表明，在各种信道长度上都有稳定的筛选密钥速率和低量子比特误码率 (QBER)，证实了我们的混合协议在确保各种传输环境中的通信方面的有效性。 关键词 自由空间光学、量子通信、量子密钥分发、大气信道。致谢 IZL、MAF、DVS 和 AKK 在俄罗斯科学院喀山科学中心 FRC 政府任务的支持下完成了大气信道实验。VVC、SMK 的分析工作得到了俄罗斯科学基金会 (项目编号 24-29-00786) 的资助。 引用 Latypov IZ、Chistyakov VV、Fadeev MA、Sulimov DV、Khalturinsky AK、Kynev SM、Egorov VI 光纤和大气信道的混合量子通信协议。纳米系统：物理化学数学，2024，15 (5)，654–657。
物理
房间：106 Spalding 实验室 检测和操纵压缩光用于量子计量和通信 Esme Knabe 导师：Maria Spiropulu 压缩光是一种亚泊松非经典光状态，在精密测量和量子通信等领域有广泛的应用。由于与现实世界系统的相关性，开发能够与现有光学和光子设备集成的压缩光过程至关重要。为此，该项目旨在展示使用桌面设备和集成光子学测量和操纵压缩光的相空间。这项工作的一些贡献包括但不限于压缩态的相位锁定以实现确定性相位旋转、通过将相干光与压缩光混合来产生位移压缩态、以及优化压缩光实际量子应用实验。通过量子电路假设搜索，使用量子生成对抗网络生成逼真的 LHC QCD 模拟 Yiyi Cai 导师：Maria Spiropulu、Jean-Roch Vlimant 和 Samantha Davis 经典生成模型已被证明有望成为替代生成模型，可以取代部分或全部对撞机数据的详细模拟链，尤其是在 LHC 中。由于初态希尔伯特空间大小的指数缩放和量子系统的内在随机性，量子-经典混合生成模型可以提供更高的精度和性能。这种方法的一个局限性是可以任意选择所用量子电路的假设。我们研究了量子-经典生成对抗模型的性能，以使用变分量子电路作为模型的生成部分来模拟 LHC 上强子喷流的特征，并进一步搜索电路假设空间以找到性能最佳的电路。我们对强子喷流数据集中量子-经典混合生成对抗模型的性能得出结论，并对此类方法在 LHC 上的可用性进行了展望。时间箱量子密钥分发密钥交换 Ismail Elmengad 导师：Maria Spiropulu 和 Anthony LaTorre 量子密钥分发 (QKD) 使双方 Alice 和 Bob 能够实现信息论安全通信。这意味着无论多少计算资源都无法让第三方访问 Alice 和 Bob 的通信。量子比特可以用几种方式编码。该项目将使用时间箱协议来交换量子比特。光子要么在时间基础上准备，它们落入早期或晚期时间箱，类似于经典信息中的 0 和 1，要么在相位基础上准备，这是早期和晚期状态的叠加。通过表征影响量子比特错误率 (QBER) 的各种因素，例如暗计数、脉冲宽度、QBER 稳定性，相位调制等。我们希望通过光纤介质实现任意长度的有效密钥交换。QKD 是通过光纤和视距自由空间环境进行安全通信的一个令人兴奋的前景。用于量子网络的时间箱编码光子量子比特的 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 状态的生成 Nassim Tavakoli 导师：Maria Spiropulu、Samantha Davis、Raju Valivarthi 和 Nikolai Lauk 量子纠缠是量子信息应用（如量子计算、通信和计量）的重要资源，有望实现计算加速、信息论安全通信和增强的传感能力。该项目将重点研究由三个纠缠粒子组成的 GHZ 状态。我们旨在使用光纤耦合元件、体非线性和最先进的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）生成时间箱量子比特的 GHZ 状态。纠缠光子可以通过自发参数下变频和连续波泵浦光后选择产生。这些“飞行量子比特”通过基于到达时间的时间箱技术传输编码的信息。这一演示将是迈向现实世界量子网络的重要一步，这是一种更有效地生成量子隐形传态所需状态的方法。