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强度调制器消光高维量子密钥分发的实用安全性
量子密钥分发 (QKD) [1,2] 开创了两个远距离通信方 (通常称为 Alice 和 Bob) 在窃听者 (称为 Eve) 面前共享密钥的全新方式。自第一个 QKD 协议——BB84 协议 [1] 提出以来，QKD 已成为量子信息技术的关注焦点 [3,4]。QKD 的无条件安全性已通过不同方法得到证明 [5–7]，该安全性由量子力学定律保证。在传统的 BB84 协议之后，各种类型的新型 QKD 协议相继被提出。其中，高维量子密钥分发 (HD-QKD) 因具有在单个光子上编码多个比特的出色能力以及对信道噪声的强容忍度而备受关注。在高维量子密钥分发系统中，信息被编码在量子态的高维自由度上，如时间能量纠缠[8–10]、时间箱编码[11，12]、路径[13，14]和轨道角动量[15–17]。HD-QKD协议的安全性证明也已建立[18–20]。随着高维量子态制备和测量技术的发展，近年来不同的HD-QKD方案取得了许多突破性的成果[21–23]。其中，基于时间箱的HD-QKD方案[11，23]实现了创纪录的密钥速率，并且可以抵御一般的相干攻击。不幸的是，现实的QKD系统中的实际设备往往存在缺陷，很少符合理论安全模型[24，25]。因此，QKD的理论和实践之间始终存在差距。在过去的几十年里，QKD系统的实用安全性得到了广泛的研究。窃听者可以窃取
IQC NewBit，第 31 期，2017 年冬季
滑铁卢大学量子计算研究所 (IQC) 的 THOMAS JENNEWEIN 成功演示了地面发射器与飞机上的接收器有效载荷之间的量子密钥分发 (QKD)。尽管德国和中国的研究人员之前曾使用飞机上的量子发射器和系留低空气球进行过 QKD 实验，但该团队首次演示了 QKD 上行链路到机载量子接收器。
![机载量子密钥分发：综述 [特邀]](/simg/f\fa848b471afa8b60741d9652768fc0297159e77f.webp)
机载量子密钥分发：综述 [特邀]
自由空间量子密钥分发（QKD）作为扩展量子通信传输距离的有效途径，取得了显著成果。借助卫星、飞机、无人机等移动平台，通过自由空间信道传输量子比特的可行性已被证实。鉴于星载QKD的工作时间和资源消耗有限，以及卫星节点与地面网络的最后一公里连接挑战，机载QKD有望为大规模综合网络提供灵活、可中继的链路。本文回顾了近年来基于飞机或无人机的QKD的重大进展，重点介绍了其关键技术，并展望了机载量子通信的未来。
![arxiv：2409.18502v1 [Quant-ph] 27 Sep 2024](/simg/7\709b594740b2f88d985077820519abcc8df5144b.webp)
arxiv：2409.18502v1 [Quant-ph] 27 Sep 2024
简介 - 单个光子是量子光学研究和量子技术的基本资源。单光子源（SPS）[1，2]的进步已经在量子通信[3，4]，量子计算[5，6]和量子传感[7]方面开放了新的机会。在量子键分布（QKD）的背景下，理想的SP可以接近通道损耗极限的表现。此外，利用SPS的QKD系统可以消除对诱饵状态的需求，从而降低实验和数据处理的复杂性。最重要的是，基于SPS的QKD系统应超过相干状态的极限[8]，这突出了单个光子在增强QKD性能方面的潜力。近年来已经报道了许多关于QKD的QKD研究[9，10]。但是，这些来源中的大多数[11-14]都需要低温冷却，这阻碍了其广泛的商业应用。虽然在六角硼n- tride（HBN）中使用室温SPS [15-17]的方法已经解决了这个问题，但不幸的是，这些来源在电信波长时不运行，从而限制了其用于基于长距离纤维的QKD的应用。在2018年，在硝酸盐（GAN）晶体中发现了电信波长范围内发出的固态SPS，并在室温下运行[18]。这些SP显示了点数发射极，稳定触发的Photolumi-
量子安全 MACsec 实施的验证
量子密钥分发 (QKD) 和加密设备之间的应用接口在 QKD 用于安全通信方面起着关键作用。在本白皮书中，瞻博网络、ID Quantique 和德国电信在多供应商环境中成功测试了 ETSI 定义的 REST-API，该环境位于一对 QKD 设备和一对采用媒体访问控制安全 (MACsec) 加密的防火墙之间。目标是测试 ETSI-QKD REST API 规范并确定使用 QKD 和加密设备进行安全通信的实际应用和实施问题。这些实验的结果表明，需要进一步增强标准。必须妥善处理经典和量子方面的密钥请求和交付的时间限制。展望未来，业界应该扩展现有的安全协议，并制定处理 QKD 密钥交付失败场景的指南和配置文件。
多率的多率，多协议量子键分布发射机的实时操作
量子密钥分布（QKD）是确保对攻击者进行通信的最佳候选人，他们将来可能会利用量子增强的计算能力来打破经典的加密。因此，我们需要大规模部署QKD系统而引起了新的挑战。在现实的情况下，从不同的供应商传输和接收设备应该能够相互通信，而无需匹配硬件。因此，QKD的实际部署将需要能够适应不同协议和时钟速率的硬件。在这里，我们通过提出一个多速率的多率，多率的QKD发射器来应对这一挑战，该发射器链接到相应的适应性QKD接收器。通过光学注入锁定实现的发射器的灵活性使我们能够将其与两个接收器连接起来，并具有固有不同的时钟速率。此外，我们演示了发射器的多协议操作，并与采用不同解码电路的接收方进行交流。
利用能量-...的高维量子密钥分发
摘要 基于纠缠的量子密钥分发 (QKD) 是量子通信的重要组成部分，因为它具有源无关的安全性以及构建大规模量子通信网络的潜力。然而，在长距离光纤链路上实现基于纠缠的 QKD 仍然具有挑战性，尤其是在部署的光纤上。在本文中，我们报告了一种实验性的 QKD，它使用能量-时间纠缠的光子对在 242 公里的光纤上传输（包括一段 19 公里的部署光纤）。QKD 是通过具有高维编码的色散光学 QKD (DO-QKD) 协议实现的，以更有效地利用巧合计数。根据量子信道中光脉冲的分布，开发了一种可靠的、高精度的长距离纠缠 QKD 时间同步技术。我们的系统可以连续运行 7 天以上，无需主动偏振或相位校准。我们最终在渐近和有限尺寸范围内分别生成了安全密钥速率为 0.22 bps 和 0.06 bps 的安全密钥。这表明，如果满足对时间同步的高要求，基于纠缠的 DO-QKD 是可靠的，可用于现场的长距离实现。
评估安全卫星的量子密钥分布
摘要：物联网（IoT）设备及其应用的数量急剧增加。此外，越来越多的动力可以在全球范围内集成物联网网络，利用卫星将物联网连接范围扩展到地理位置上的偏远地区。因此，确保IoT网络的卫星回程安全性至关重要。近年来，量子计算的稳定进步可能会根据计算硬度的假设来消除经典的加密方法，从而激发了对量词后加密的需求。量子计算算法已经开发出来，一旦实现了足够规模的量子计算机，将能够有效地破坏经典的加密系统（在多项式时间复杂性下）。在物理层以量子密钥分布（QKD）的形式出现了一种在物理层上保护信息的有前途的方法。QKD利用光的基本物理特性来保证信息理论安全性。研究QKD以确保卫星回程的应用和标准化的研究仍处于起步阶段。本文简要概述了QKD的理论基础，同时还提供了当代QKD协议的调查。它评估了这些协议在典型的卫星网络体系结构的背景下确保卫星回程的能力。此外，它突出了与这项工作相关的技术挑战。最后，它提出了将来的研发方向，以将卫星集成的物联网域的协议和标准化指导。在QKD可以演变为保护卫星iot的全球规模解决方案之前，必须克服几个挑战。秘密关键发电率在可信赖的QKD卫星体系结构的实际证明中仍然非常低。需要进一步的研究来克服或减轻基本利率距离的权衡，然后在物联网应用程序中可以将卫星QKD视为可行。不依赖受信任节点的替代方案取决于诸如量子中继器和量子记忆之类的新生技术。从理论上讲，QKD提供了完美的信息 - 理论安全，但它仍然容易受到利用现实世界设备中缺陷的攻击。需要进一步的努力来开发可以保护上述挑战的QKD协议。
IAC–24–A.1.2.3 建造欧洲第一座太空...
EAGLE-1 任务旨在开发欧洲首个自主的端到端太空量子密钥分发 (QKD) 系统。该任务由欧洲航天局 (ESA) 和 SES 牵头，并与多个欧洲国家航天局和私人合作伙伴合作。最先进的 QKD 系统将包括 EAGLE-1 低地球轨道 (LEO) 卫星上的有效载荷、光学地面站、量子操作网络和密钥管理系统。EAGLE-1 项目代表了下一代量子通信基础设施的重要一步，它提供了宝贵的技术成果和任务数据，并为 EuroQCI 计划的发展做出了贡献。德国航空航天中心 (DLR) 的通信和导航研究所 (IKN) 是 EAGLE-1 任务的重要合作伙伴，参与了太空和地面部分元件的研究和开发。这里我们报告了 QKD 发射器（QKD 有效载荷的重要组成部分）的开发，以及光学地面站 Oberpfaffenhofen (OGS-OP) 的定制，以进行 EAGLE-1 的 IOT 阶段。对于空间部分，DLR-IKN 负责 QKD 发射器的设计，包括软件和固件的开发。该发射器生成量子态，用于实现基于光信号的 QKD 协议，该协议将传输到地面。对于地面部分，OGS-OP 将作为 EAGLE-1 的在轨测试地面站。凭借对一系列量子通信卫星的专业知识以及新实现，OGS-OP 将首次验证有效载荷、光链路和 QKD 系统的性能。我们介绍了 OGS-OP 为该任务所做的主要开发，其中包括实施升级的自适应光学系统以校正大气畸变并优化入射光与单模光纤的耦合。
QKD相关的工作当前的标准化格局和量子钥匙分布区域中的现有差距
在ISO和ETSI中进行操作，实际上预计在2022年初预计标准。OpenQKD有特定的活动，以推动和支持评估和认证流程的建立，包括涉及商业评估实验室和NA的认证机构，以增强该领域的积极前景。•此外，对特定QKD组件的规范和评估指南，例如QKD发射器和接收器模块需要提供 - 在OpenQKD项目中还解决了此差距，该差距将提供项目文件以告知这些工作项目，并启动各自的标准化活动。•在QKD网络领域，存在两个级别：在网络互动级别上（QKD集成到现有的光纤基础架构中，密钥输送接口，网络控制，QKD生成的密钥与加密解决方案的集成）以及网络的安全性级别。差距，关于网络安全性的差距也在ITU-T开始，但是QKD Net-Net-Work标准的重要性得到了广泛认可，并且可以合理地预期其他SDO的进一步活动。•在卫星模块和网络领域，正在进行早期开发，但没有可观的组件和互操作性标准，例如可用于光学接地接收器或卫星光学终端。仍然需要解决空间网络和纤维结合的地面网络的互操作性标准。