实用化量子密钥分发成码率优化与安全性理论

For the goal of achieving practical use, we study the key rate optimization and the improvement of measurement-device-independent quantum key distribution(MDI-QKD), also look for the solution to fix the possible security vulnerability of the practical light source. We shall study the theory of key rate optimization and improvement for MDI-QKD without using vacuum. We shall investigate MDI-QKD with new types of light sources, including its security and key rate raising and optimization. We shall study the MDI-QKD in the case that different kinds of imperfections exist, for example, both statistical fluctuation and light intensity fluctuation exist in examining its security and raising and optimizing the key rate.

以实用化为目标，研究测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）成码优化与提高，并针对光源存在的实际问题，研究如何克服可能的安全性漏洞.研究无真空光源情况下的MDI-QKD安全成码及其优化提高的理论，研究采用新型光源的MDI-QKD安全性理论以及成码率的优化提高，研究在多种非理想因素并存情况下，例如统计涨落和光源涨落并存情况下的MDI-QKD的安全性理论和成码率的优化提高.

本项目针对量子密钥分发（Quantum key distribution, QKD）系统在实用化过程中遇到的问题进行研究，通过对协议进行优化和改进，提升QKD系统的实际安全性和成码表现。对于测量设备无关（measurement-device-independent, MDI）QKD协议，我们解决了光源存在涨落、缺乏理想真空源、通道不对称不稳定的问题，并且我们的理论被中国科学技术大学实验小组采用，完成了自由空间MDI-QKD的实验。对于“发送/不发送”（sending-or-not-sending, SNS）协议，我们证明了其在渐进和有限码长下的安全性，并且在不对称通道、离散相位调制等应用场景下给出了解决方案。基于我们的SNS协议，中国科学技术大学实验小组实现了428km和511km的现场光纤QKD实验，东芝剑桥实验室实现了600km的实验室光纤QKD实验。