噪声环境下的量子安全直接通信理论与实验研究

Quantum secure direct communication (QSDC) is a new quantum communication mode in which secret information can be transmitted securely and directly over quantum channels， which is differently from quantum key distribution (QKD). QSDC can not only detect eavesdropping, but also avoid information leakage transmitted before finfding eavesdroper. Since it was first proposed， QSDC has been theoretically developed very fast, and QSDC under practical environment is becoming an important issue. Because real quantum systems are hardly avoidable from their surrounding environments, it is necessary to study QSDC over noisy channels. In this project, we focus on the theoretical and experimental studies of the two-step and one-time-pad protocols over the optical fiber and free space，and study the effect of the noise on the two protocols, and propose methods for implementing QSDC in noisy environment.

量子安全直接通信不同于量子密钥分发，它可在量子信道中直接传递机密信息，是一种新的量子通信模式。量子密钥分发不能避免发现窃听前的信息泄露，只能传输随机的密钥。量子安全直接通信不但能发现窃听，而且能避免发现窃听前的信息泄露。量子安全直接通信协议提出之后，在理论上得到了迅速发展，如何在实际环境下实现量子安全直接通信成为今后的重要发展方向。由于量子系统不可避免地受到周围环境的影响，为了实际应用必须研究噪声情况下的量子安全直接通信。本项目着重研究量子一次便笺和两步直接通信两个重要的量子直接安全通信方案在自由空间和光纤中的理论与实验研究，研究噪声对这两种协议的影响，提出噪声环境下量子直接安全通信的实现方案。

量子安全直接通信利用量子力学基本原理获得窃听感知能力，结合经典信息论可以实现在量子信道中安全传输信息。量子安全直接通信不同于量子密钥分发，它可在量子信道中直接传递机密信息。量子密钥分发只解决了传统保密通信中的密钥安全分发问题，但其本身不能传输信息，只能传输随机的密钥。量子安全直接通信不但能发现窃听，而且能避免发现窃听前的信息泄露。量子安全直接通信协议提出之后，虽然在理论上得到了迅速发展，但如何在实际环境下实现量子安全直接通信成为今后的重要问题。由于量子系统不可避免地受到周围环境的影响，为了实际应用必须研究噪声情况下的量子安全直接通信。本项目着重研究量子一次便笺和两步直接通信两个重要的量子直接安全通信方案在自由空间和光纤中的理论与实验研究，研究噪声对量子直接通信的影响，提出噪声环境下量子直接安全通信的实现方案。.在本项目的研究中，我们搭建了基于一次便签DL04协议的量子安全直接通信光纤通信系统，通过设计优化光路结构，降低了环境对系统的影响，使系统的窃听检测误码率不大于2%，提升了窃听检测精度。同时，我们设计并发展了适用于量子通信系统的编码系统，此系统基于LDPC码实现了极低信号接收率情况下的信息可靠传输，并且在实验系统上初步实现了10km信息的可靠传输。