通信距离

使用光子极化伪随机基选择实现基于诱饵态的量子密钥分发的安全性和通信距离改进

摘要 本文提出了一种新的量子密钥分发（QKD）协议，即基于伪随机基纠缠光子的 QKD（PRB-EPQKD）协议。最新协议主要关注三个属性，包括协议的安全性、安全密钥大小和合法通信用户（Alice 和 Bob）之间的最大通信距离。为了实现这一点，我们首先考虑一个位于低地球轨道（LEO）型卫星上的自发参数向下（SPDC）光子源，该光子源能够产生并向 Alice 和 Bob 分发纠缠光子对。其次，我们假设 Alice 和 Bob 的光子状态测量基是通过伪随机数生成器（PRNG）相同生成的，即量子逻辑映射（QLM）。最后，我们还假设除了光子状态之外，Alice 和 Bob 还故意在每个脉冲上共享一组强度随机的诱饵状态，目的是检测窃听者（Eve）的存在。基于这些考虑，我们利用 Gottesman-Lo- Lutkenhaus-Preskill (GLLP) 公式评估了两种不同实现（即基于非诱饵状态和无限主动诱饵状态的 QKD）的安全密钥速率上限。与现有协议相比，安全密钥大小和通信距离都有显著改善，因为我们意识到在日光、下行卫星条件、精心选择的光源和良好的晶体特性下，最大通信距离可达 70000 公里。此外，使用组合的 I 型和 II 型 SPDC 光子源作为我们的纠缠光子对发生器，显著提高了光子平均数，使我们的协议对光子数分割攻击和衰减引起的大气传播更具鲁棒性。此外，该协议与现有协议相比更加安全，因为任何窃听者必须同时破解用作 PRNG 的混沌系统和 QKD 系统，才能获得有关 Alice 和 Bob 使用的测量基的任何有用信息，从而获得安全密钥。