连续变量量子密钥分发协议后选择技术研究

Secure communication is a major strategic issue in the national security. Based on the basic principles of quantum mechanics, quantum key distribution (QKD) can realize secure communication with unconditional security, which is urgent demand in many fields. Without single photon source and single photon detector, the continuous-variable quantum key distribution (CVQKD) protocol thus becomes an important branch of QKD for its great potential in high repetition rate and secret-key rate. Transmission distance and security bit rate are major problems that the CVQKD protocol faces right now. This project aims to study and optimize the CVQKD post-processing agreement theory, through the post-selection technique to improve transmission distance and security bit rate of CVQKD protocol. Focusing on quantitative analysis post-processing method, which is equivalent to the physical operations of photon-subtraction, photon-addition and noiseless linear amplifier, and its effect on improving the performance of CVQKD agreement, this project is to enhance the actual CVQKD system performance and improve CVQKD technology in the practical process.

保密通信是关系国家安全的重大战略问题，关系着国家和民族的根本利益。量子密钥分发(QKD)基于量子力学基本原理，结合“一次一密”能实现无条件安全的保密通信，在国防、党政、外交、金融等领域具有迫切的应用需求。其中，连续变量量子密钥分发(CVQKD)协议无需单光子源和单光子探测器，具有高重复频率和高密钥速率的发展潜能，是QKD的重要协议分支，是当前量子通信领域学术研究热点。CVQKD协议当前面临的主要问题之一是通信距离短、安全码率有限。本项目旨在深入研究和优化CVQKD协议的后处理理论，通过后选择技术改善 CVQKD协议的安全码率和传输距离，重点量化分析与减光子、加光子、线性无噪光放大等物理操作等价的数据后选择方法，及其对CVQKD协议性能提升效果，以达到提升实际CVQKD系统性能指标的目标，推进CVQKD技术的实用化进程。

本项目深入研究了与减光子、加光子、线性无噪光放大等物理操作等价的数据后选择方法及其对GG02和MDI等主流连续变量量子密钥分发（CVQKD）协议性能的提升效果，建立了CVQKD协议后选择技术理论框架；证明了适当的后选择方法可显著提升CVQKD系统传输距离和安全码率，实现并验证了高斯型和非高斯型数据后选择工具。在上述内容基础之上，依据国内外学术发展动态，开展了更加丰富的研究，在连续变量真随机数产生、连续变量数据提取\协调等密切相关研究内容上进行了拓展研究。在上述研究过程中，总计发表SCI检索论文10篇（部分发表于《Optics Express》、《Physical Review A》、《Scientific Report》等国际知名学术期刊），EI检索论文3篇，国际会议论文1篇，参与编写专著1本，申请发明专利10项。综上，达到了预期的研究目标。